Centrum Popularyzacji Nauki

Wciąż tajemniczy, wciąż interesujący... Mózg

Zagadnienia o mózgu chyba nigdy nam się nie znudzą, a Tydzień Mózgu to najlepszy czas, żeby zgłębić wiedzę i poznać różnego rodzaju badania. Tym razem przyglądamy się mózgowi z inżynierskiego punktu widzenia. 

Tajemnice mózgu intrygują specjalistów z wielu obszarów – od medycyny, przez neurobiologię, psychiatrię i psychologię, inżynierię, po filozofię. Ale nie tylko dla naukowców czy medyków mózg ma szczególne znaczenie. Każdy, kto chce zadbać o prawidłowe funkcjonowanie mózgu, jak również zapobiec zagrożeniom jego działania, może zdobyć odpowiednią wiedzę i przede wszystkim skupić się na zdrowiu. 

Czy wiecie, czym jest interfejs mózg-komputer?

Komunikacja z urządzeniami może odbywać się za pośrednictwem klawiatury lub myszki, co doskonale znamy i z czego korzystamy na co dzień. Do narzędzi komunikacji z maszyną dochodzi także nasz głos – poprzez mówienie możemy wydawać komunikaty asystentom głosowym w telefonach, tabletach, komputerach. 

Czy moglibyśmy sobie poradzić jednak bez głosu i bez gestów? Tak, to właśnie możliwości interfejsów mózg-komputer. 

Mózg generuje wiele różnych sygnałów – elektrycznych, chemicznych, związanych z przepływem krwi – które są zależne od tego, w jakim znajduje się w danym momencie stanie (np. w koncentracji, śnie itp.) Te sygnały mogą zostać przetworzone w taki sposób, by odebrało je urządzenie albo aplikacja.  Aktywność mózgu jest rejestrowana za pomocą różnych metod, które można podzielić na: 

nieinwazyjne, które można wykonać za pomocą urządzenia doczepianego do skóry głowy, takie jak np.:

• elektroencefalografia, czyli EEG – rejestruje impulsy elektryczne wytwarzane przez neurony, które przetwarzają informacje o tym, co dzieje się w organizmie;
• funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni, czyli fNIRS – sposób wykrywający zmiany w przepływie krwi w mózgu;

inwazyjne – bardzo precyzyjne, ale wymagające wykonania operacji – takie jak np.:

• implanty – w postaci elektrod, które umieszcza się w tkance mózgu, 
• elektrokortykografia (ECog) – umieszczenie elektrod na powierzchni kory mózgowej. 

Sygnały mózgowe zebrane przez te metody są przetwarzane i interpretowane przez algorytm urządzenia elektronicznego, a następnie przekształcane w konkretne polecenia. Mogą one dotyczyć na przykład poruszania kursorem po ekranie bez konieczności użycia myszki, pisania tekstu bez klawiatury, sterowania protezą. 

Po co wykorzystywać interfejsy mózg-komputer? 

To technologia, która pomaga w terapiach i rehabilitacjach. Pełni więc ogromną rolę we wsparciu osób chorych, z niepełnosprawnościami lub po wypadkach, które nie mogą komunikować się za pomocą głosu czy gestów. 

140 tysięcy neuronów... czyli mózg muszki owocówki

W zeszłym roku mogliśmy usłyszeć o międzynarodowym badaniu nad połączeniami nerwowymi w mózgu muszki owocówki. W ten sposób powstał pierwszy kompletny schemat połączeń nerwowych mózgu samicy muszki. Naukowcy opisali około 140 tysięcy neuronów (dla porównania - ludzki mózg ma ok. 90 miliardów neuronów oraz wskazali ponad 50 milionów przebiegających między nimi połączeń.

Fot. mat. Tyler Sloan and Amy Sterling for FlyWire, Princeton University, (Dorkenwald et al., 2024), https://flywire.ai/for_media

Analizę 20 milionów mikroskopowych zdjęć maleńkiego niczym okruszek mózgu owocówki wykonała sztuczna inteligencja. Oprócz tego naukowcy skorzystali z innego istotnego "narzędzia" – citizen science. To nauka obywatelska, czyli działanie włączające w projekty naukowe wolontariuszy, nienaukowców. Uczestnicy przyspieszali pracę AI, pomagając odtworzyć połączenia między komórkami nerwowymi. Więcej o projekcie można przeczytać w serwisie Nauka w Polsce. 

Zbadanie mózgu małej muszki to dużo odkrycie w neuronauce. Pokazuje jednak, że niezbędne jest dalsze rozwijanie technologii, która – być może za kilkanaście kolejnych lat – pozwoli na jeszcze lepsze poznanie ludzkiego mózgu. 

Nie bez znaczenia pozostaje w tym kontekście nauka obywatelska, która pozwala gromadzić oraz analizować duże zbiory danych. A o nauce obywatelskiej będziemy rozmawiać już 12 marca z dr hab. Edytą Sierką, prof. UŚ, z Uniwersytetu Śląskiego w Narzędziowniku Popularyzatora Nauki – link do spotkania.