Нейротехнологии - Neurotechnology
Нейротехнология - это термин, используемый для обозначения любого метода или устройства, в которых электроника напрямую взаимодействует с нервной системой , включая те, которые предназначены для улучшения и восстановления функции мозга с помощью медицинской нейромодуляции .
Фон
Сфера нейротехнологии существует уже почти полвека, но достигла зрелости только в последние двадцать лет. Появление изображений мозга произвело революцию в этой области, позволив исследователям напрямую контролировать деятельность мозга во время экспериментов. Нейротехнология оказала значительное влияние на общество, хотя ее присутствие настолько обычное явление, что многие не осознают ее повсеместного распространения. От фармацевтических препаратов до сканирования мозга, нейротехнологии прямо или косвенно затрагивают почти всех промышленно развитых людей, от лекарств от депрессии, сна, СДВ или противоневротических препаратов до сканирования рака, реабилитации после инсульта и многого другого.
По мере увеличения глубины поля это потенциально позволит обществу больше контролировать и использовать то, что делает мозг и как он влияет на образ жизни и личности. Обычные технологии уже пытаются это сделать; такие игры, как BrainAge , и такие программы, как Fast ForWord , направленные на улучшение работы мозга, являются нейротехнологиями.
В настоящее время современная наука может отображать практически все аспекты мозга, а также контролировать его функции. Он может помочь контролировать депрессию , чрезмерную активацию, недосыпание и многие другие состояния. Терапевтический она может помочь улучшить Stroke координации движений жертв, улучшить функцию мозга, уменьшить эпилептические эпизоды (см эпилепсии ), улучшить пациент с дегенеративными двигательными заболеваниями ( болезнью Паркинсона , болезнью Гентингтона , ALS ), и даже может помочь облегчить фантомную боль восприятия. Достижения в этой области обещают множество новых усовершенствований и методов реабилитации для пациентов, страдающих неврологическими проблемами. Революция в нейротехнологии привела к инициативе Десятилетия разума , которая была начата в 2007 году. Она также предлагает возможность раскрыть механизмы, с помощью которых разум и сознание возникают из мозга.
Типы
Глубокая стимуляция мозга
В настоящее время глубокая стимуляция мозга используется у пациентов с двигательными расстройствами для улучшения качества жизни пациентов.
Транскраниальная магнитная стимуляция
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) - это метод приложения магнитных полей к мозгу для управления электрической активностью в определенных участках мозга. Этой области исследований в настоящее время уделяется большое внимание из-за потенциальных преимуществ, которые могут возникнуть в результате лучшего понимания этой технологии. Транскраниальное магнитное движение частиц в головном мозге открывает перспективы для нацеливания и доставки лекарств, поскольку исследования показали, что это не влияет на физиологию мозга.
Транскраниальная магнитная стимуляция - это относительно новый метод изучения функций мозга, который используется во многих исследовательских лабораториях, занимающихся поведенческими расстройствами, эпилепсией , посттравматическим стрессовым расстройством , мигренью , галлюцинациями и другими расстройствами. В настоящее время изучается повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция, чтобы увидеть, можно ли сделать положительные поведенческие эффекты ТМС более постоянными. Некоторые методы сочетают в себе ТМС и другой метод сканирования, такой как ЭЭГ, для получения дополнительной информации об активности мозга, например о реакции коры головного мозга.
Транскраниальная стимуляция постоянным током
Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) - это форма нейростимуляции, при которой используется постоянный слабый ток, подаваемый через электроды, помещенные на кожу головы. Механизмы, лежащие в основе эффектов tDCS, все еще не полностью изучены, но недавние достижения в нейротехнологии, позволяющие проводить оценку электрической активности мозга in vivo во время tDCS, обещают продвинуть понимание этих механизмов. Исследования использования tDCS у здоровых взрослых показали, что tDCS может повысить когнитивные способности при выполнении различных задач, в зависимости от стимулируемой области мозга. tDCS использовалась для улучшения языковых и математических способностей (хотя было обнаружено, что одна из форм tDCS также препятствует обучению математике), концентрации внимания, решения проблем, памяти и координации.
Электрофизиология
Электроэнцефалография (ЭЭГ) - это метод неинвазивного измерения активности мозговых волн. Несколько электродов помещают вокруг головы и кожи головы, и измеряют электрические сигналы. Клинически ЭЭГ используются для изучения эпилепсии, а также инсульта и наличия опухолей в головном мозге. Электрокортикография (ЭКоГ) основана на аналогичных принципах, но требует инвазивной имплантации электродов на поверхность мозга для более точного измерения локальных потенциалов поля или потенциалов действия.
Магнитоэнцефалография (МЭГ) - еще один метод измерения активности мозга путем измерения магнитных полей, возникающих из-за электрических токов в головном мозге. Преимущество использования МЭГ вместо ЭЭГ заключается в том, что эти поля сильно локализованы и позволяют лучше понять, как конкретные локусы реагируют на стимуляцию или чрезмерно ли активируются эти области (как при эпилептических припадках).
Существуют потенциальные применения ЭЭГ и МЭГ, такие как составление графиков реабилитации и улучшения после травм, а также тестирование нервной проводимости в определенных регионах эпилептиков или пациентов с расстройствами личности. ЭЭГ сыграла фундаментальную роль в понимании состояния мозга в состоянии покоя во время сна. Рассматривается возможность использования ЭЭГ в реальном времени для обнаружения лжи. Точно так же ФМРТ в реальном времени исследуется как метод лечения боли, изменяя то, как люди воспринимают боль, если они осведомлены о том, как их мозг функционирует во время боли. Предоставляя прямую и понятную обратную связь, исследователи могут помочь пациентам с хронической болью уменьшить их симптомы.
Имплантаты
Нейротехнологические имплантаты могут использоваться для записи и использования активности мозга для управления другими устройствами, которые обеспечивают обратную связь с пользователем или заменяют недостающие биологические функции. Наиболее распространенными нейроустройствами, доступными для клинического использования, являются глубокие стимуляторы мозга, имплантированные в субталамическое ядро пациентам с болезнью Паркинсона .
Фармацевтические препараты
Фармацевтические препараты играют жизненно важную роль в поддержании стабильного химического состава мозга и являются наиболее часто используемыми нейротехнологиями среди населения и медицины. Такие препараты, как сертралин , метилфенидат и золпидем, действуют как химические модуляторы в головном мозге и обеспечивают нормальную активность многих людей, чей мозг не может нормально функционировать в физиологических условиях. Хотя фармацевтические препараты обычно не упоминаются и имеют свою собственную область, роль фармацевтических препаратов, пожалуй, является наиболее широко распространенной и распространенной в современном обществе. Движение магнитных частиц к целевым областям мозга для доставки лекарств - это новая область исследований, которая не вызывает заметных повреждений цепи.
Стволовые клетки
Технологии стволовых клеток всегда привлекают внимание как широкой публики, так и ученых из-за их большого потенциала. Недавние успехи в исследованиях стволовых клеток позволили исследователям с этической точки зрения проводить исследования практически во всех аспектах тела, включая мозг. Исследования показали, что, хотя большая часть мозга не регенерируется и, как правило, представляет собой очень сложную среду для стимулирования регенерации, существуют части мозга с регенеративными способностями (в частности, гиппокамп и обонятельные луковицы ). Большая часть исследований в области регенерации центральной нервной системы посвящена тому, как преодолеть это плохое регенеративное качество мозга. Важно отметить, что существуют методы лечения, которые улучшают когнитивные функции и увеличивают количество нервных путей, но это не означает, что в головном мозге происходит разрастание нервных клеток. Скорее, это называется пластиковой перестройкой мозга ( пластик, потому что он указывает на пластичность) и считается жизненно важной частью роста. Тем не менее, многие проблемы у пациентов возникают из-за гибели нейронов в головном мозге, и исследователи в этой области стремятся создать технологии, которые позволяют регенерацию у пациентов с инсультом, болезнью Паркинсона, тяжелой травмой и болезнью Альцгеймера , а также многими другими. Все еще находясь на начальной стадии разработки, исследователи недавно начали делать очень интересный прогресс в попытках лечения этих заболеваний. Исследователи недавно успешно создали дофаминергические нейроны для трансплантации пациентам с болезнью Паркинсона в надежде, что они снова смогут двигаться с более стабильным поступлением дофамина. Многие исследователи создают каркасы, которые можно трансплантировать пациенту с травмой спинного мозга, чтобы создать среду, которая способствует росту аксонов (частей клетки, отвечающих за передачу электрических сигналов), чтобы пациенты, неспособные двигаться или чувствовать, могли делать так еще раз. Возможности разнообразны, но важно отметить, что многие из этих методов лечения все еще находятся в лабораторной фазе и постепенно адаптируются в клинике. Некоторые ученые по-прежнему скептически относятся к развитию этой области и предупреждают, что существует гораздо большая вероятность того, что электрические протезы будут разработаны для решения клинических проблем, таких как потеря слуха или паралич, до того, как клеточная терапия будет использоваться в клинике.
Этика
Стволовые клетки
Этические дебаты об использовании эмбриональных стволовых клеток вызвали споры как в Соединенных Штатах, так и за рубежом; хотя в последнее время эти дискуссии уменьшились из-за современных достижений в создании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток из взрослых клеток. Самым большим преимуществом использования эмбриональных стволовых клеток является тот факт, что они могут дифференцироваться (стать) практически любым типом клеток при правильных условиях и сигналах. Однако недавние достижения Shinya Yamanaka et al. нашли способы создания плюрипотентных клеток без использования таких спорных клеточных культур. Использование собственных клеток пациента и их повторная дифференциация в клетки желаемого типа позволяет обойти как возможное отторжение эмбриональных стволовых клеток, так и любые этические проблемы, связанные с их использованием, а также предоставить исследователям больший запас доступных клеток. Однако индуцированные плюрипотентные клетки могут образовывать доброкачественные (хотя и потенциально злокачественные) опухоли и, как правило, плохо выживают in vivo (в живом организме) на поврежденных тканях. По большей части этика, касающаяся использования стволовых клеток, утихла из дебатов об эмбриональных / взрослых стволовых клетках из-за того, что они оказались спорными, но теперь в обществе возникают споры о том, можно ли использовать эту технологию с этической точки зрения. Улучшение черт характера, использование животных в качестве основы для тканей и даже аргументы в пользу морального вырождения были сделаны из опасений, что, если эта технология полностью раскроет свой потенциал, в человеческом поведении произойдет новый сдвиг парадигмы.
Военное применение
Новые нейротехнологии всегда привлекали внимание правительств, от технологий обнаружения лжи и виртуальной реальности до реабилитации и понимания психики. Сообщается, что из-за войны в Ираке и войны с террором у американских солдат, возвращающихся из Ирака и Афганистана, процент посттравматических стрессовых расстройств достигает 12% . Многие исследователи надеются улучшить условия жизни этих людей, применяя новые стратегии восстановления. Комбинируя фармацевтические препараты и нейротехнологии, некоторые исследователи обнаружили способы снижения реакции «страх» и предположили, что это может быть применимо к посттравматическому стрессу. Виртуальная реальность - еще одна технология, которая привлекла большое внимание в вооруженных силах. В случае улучшения можно было бы обучать солдат тому, как справляться со сложными ситуациями в мирное время, чтобы лучше подготовить и обучить современную армию.
Конфиденциальность
Наконец, когда эти технологии развиваются, общество должно понимать, что эти нейротехнологии могут раскрыть одну вещь, которую люди всегда могут держать в секрете: то, что они думают. Хотя с этими технологиями связано большое количество преимуществ, ученым, гражданам и политикам необходимо учитывать их последствия для конфиденциальности. Этот термин важен во многих этических кругах, связанных с состоянием и целями прогресса в области нейротехнологии (см. Нейроэтика ). Текущие улучшения, такие как «дактилоскопия мозга» или обнаружение лжи с помощью ЭЭГ или фМРТ, могут привести к установлению фиксированных локусов / эмоциональных отношений в мозгу, хотя эти технологии еще далеки от полного применения. Важно рассмотреть, как все эти нейротехнологии могут повлиять на будущее общества, и предполагается, что политические, научные и гражданские дебаты будут слышны о внедрении этих новых технологий, которые потенциально могут предложить новое богатство некогда частной информации. Некоторые специалисты по этике также обеспокоены использованием ТМС и опасаются, что этот метод может быть использован для изменения пациентов способами, которые ему не нравятся.
Познавательная свобода
Когнитивная свобода относится к предполагаемому праву людей на самоопределение, чтобы контролировать свои собственные психические процессы, познание и сознание, в том числе с помощью различных нейротехнологий и психоактивных веществ. Это воспринимаемое право актуально для реформирования и развития соответствующих законов.
Смотрите также
Сноски
использованная литература
- Москони, Л .; Brys, M .; Glodziksobanska, L .; Desanti, S .; Русинек, Х .; Делеон, М. (2007). «Раннее выявление болезни Альцгеймера с помощью нейровизуализации». Экспериментальная геронтология . 42 (1–2): 129–38. DOI : 10.1016 / j.exger.2006.05.016 . PMID 16839732 . S2CID 34710603 .
- Вассерманн, Э.М. (1998). "Риск и безопасность повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции: отчет и предлагаемые рекомендации Международного семинара по безопасности повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции, 5-7 июня 1996 г." . Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 108 (1): 1–16. DOI : 10.1016 / S0168-5597 (97) 00096-8 . PMID 9474057 .
- Гросс, Р., Отделение нейрохирургии Университета Эмори, интервью с К. Стоуном, 6 октября 2009 г.