Các nhà khoa học khám phá cách "Hack não" mà không cần phải phẫu thuật

Rất nhiều khoa học hợp pháp - cộng với rất nhiều tiểu thuyết khoa học - thảo luận về các cách để hack não. Hầu hết thời gian thực sự có nghĩa là gì - ngay cả trong các ví dụ hư cấu - liên quan đến phẫu thuật, mở hộp sọ để cấy dây hoặc thiết bị vật lý vào não.

Nhưng điều đó khó khăn, nguy hiểm và có khả năng gây chết người. Sẽ thông minh hơn khi làm việc với bộ não mà không cần phải mở hộp sọ bệnh nhân. Rối loạn thần kinh là phổ biến, ảnh hưởng đến hơn một tỷ người trên toàn thế giới, ở mọi lứa tuổi, giới tính, và trình độ học vấn và thu nhập. Nhóm nghiên cứu kỹ thuật thần kinh của tôi, nghiên cứu, như một phần của nỗ lực rộng lớn hơn trong lĩnh vực kỹ thuật sinh học, đang nỗ lực tìm hiểu và làm dịu các rối loạn chức năng thần kinh khác nhau, như bệnh đa xơ cứng, rối loạn phổ tự kỷ và bệnh Alzheimer.

Bạn cũng có thể thích: Video cho thấy kim não đang được thử nghiệm trên con người

Xác định và ảnh hưởng đến hoạt động của não từ bên ngoài hộp sọ cuối cùng có thể cho phép các bác sĩ chẩn đoán và điều trị một loạt các bệnh về hệ thống thần kinh suy nhược và rối loạn tâm thần mà không cần phẫu thuật xâm lấn.

Xem thêm: Có thể đảo ngược tình trạng mất trí nhớ khi sử dụng các phân tử trị liệu

Kết nối không dây trong não

Nhóm của tôi tin rằng chúng tôi là những người đầu tiên đã phát hiện ra một cách mới các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau. Các dây thần kinh nổi tiếng để kết nối thông qua các liên kết vật lý - hay còn gọi là các kết nối có dây của Cameron - trong đó các sợi trục của một tế bào thần kinh gửi tín hiệu điện và hóa học đến các sợi nhánh của một tế bào lân cận.

Nghiên cứu của chúng tôi đã phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh cũng giao tiếp không dây, bằng cách sử dụng hoạt động có dây để tạo ra các điện trường nhỏ của riêng chúng và cảm nhận các trường mà các tế bào lân cận tạo ra. Điều này tạo ra khả năng của nhiều con đường thần kinh hơn và có thể giúp giải thích tại sao các phần khác nhau của não kết nối quá nhanh trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ phức tạp.

Chúng tôi đã có thể theo dõi các điện trường này từ bên ngoài hộp sọ, lắng nghe một cách hiệu quả trong các giao tiếp thần kinh. Chúng tôi hy vọng điều đó sẽ giúp chúng tôi tìm ra các kết nối thay thế, lành mạnh cho các dây thần kinh bị tổn thương do bệnh đa xơ cứng hoặc tái cân bằng hoạt động thần kinh do rối loạn phổ tự kỷ hoặc các nơ-ron chính để đốt cháy theo các mô hình cụ thể và khôi phục các ký ức dài hạn bị mất do bệnh Alzheimer.

Cụ thể, chúng tôi đã tìm thấy khi một sợi thần kinh cách điện hoặc myelin hóa trong não đang hoạt động và gửi tín hiệu dọc theo chiều dài của nó được gọi là điện thế hoạt động, các vùng đặc biệt dọc theo chiều dài của nó tạo ra một điện trường rất nhỏ. Các khu vực tế bào nơi điều này xảy ra, được gọi là các nút của Ranvier, hoạt động như các ăng ten nhỏ có thể truyền và nhận tín hiệu điện.

Bất kỳ sự gián đoạn nào của hai cấu trúc chuyên môn cao - vỏ myelin hoặc nút của Ranvier - không chỉ dẫn đến rối loạn chức năng thần kinh, mà cả điện trường xung quanh cũng thay đổi.

Lắng nghe thần kinh

Thách thức công nghệ liên quan đến việc nhắm mục tiêu chính xác các phần cụ thể của não để lắng nghe. Thiết bị phải nhận tín hiệu từ các khu vực có đường kính gần bằng một sợi tóc người, sâu vài cm trong não.

Một cách là đặt một số lượng nhỏ các miếng vá ăng-ten linh hoạt trên hộp sọ để tạo ra cái mà chúng ta gọi là ống kính não. "So sánh các bài đọc từ một số bản vá cho phép chúng ta nhắm mục tiêu chính xác các dây thần kinh để nghe. Chúng tôi đang thiết kế và thử nghiệm các siêu vật liệu - vật liệu được thiết kế ở cấp độ phân tử - đặc biệt tốt trong việc phục vụ như các ăng ten có độ chính xác cao có thể được điều chỉnh để nhận tín hiệu từ các vị trí rất cụ thể.

Không đau, nhưng có khả năng đạt được rất lớn

Bằng cách lắng nghe thông tin liên lạc không dây giữa các dây thần kinh, chúng ta có thể xác định các khu vực của não nơi điện trường cho thấy có vấn đề. Các đặc điểm chi tiết của một hoạt động thần kinh - hoặc thiếu hoạt động - có thể đưa ra manh mối về vấn đề cụ thể đang xảy ra trong não. Những phát hiện này có thể giúp chẩn đoán các điều kiện y tế tiềm năng dễ dàng hơn nhiều so với các phương pháp hiện tại.

Ví dụ, nhìn vào trường hợp thực tế của một bệnh nhân, một phụ nữ 38 tuổi, chúng tôi sẽ gọi cho Bian Bianca, một người được chẩn đoán mắc bệnh đa xơ cứng, một bệnh thoái hóa não và tủy sống không có cách chữa trị. Bệnh nhân đa xơ cứng Hệ thống miễn dịch khác làm hỏng lớp vỏ myelin giữa các nút của Ranvier, gây ra các vấn đề giao tiếp giữa não và phần còn lại của cơ thể. Thiệt hại này triệt để thay đổi hoạt động trong các dây thần kinh bị ảnh hưởng.

Để theo dõi tiến triển của bệnh, Bianca đã gõ vòi để xem liệu dịch tủy sống của cô có nồng độ kháng thể đặc biệt cao liên quan đến MS hay không. Cô cũng đã được quét MRI để phát hiện các khu vực trong não nơi myelin bị tổn thương và sẽ phải đối mặt với thử nghiệm bổ sung để xác định thông tin truyền qua hệ thần kinh của mình nhanh như thế nào.

Sử dụng một thiết bị thấu kính não sẽ cho phép các bác sĩ theo dõi não Bianca mà không bị đau cột sống và chụp MRI và CT khó chịu và tốn thời gian. Một ngày nào đó có thể cho phép Bianca theo dõi bộ não của chính mình và gửi dữ liệu đến chuyên gia của mình để đánh giá.

Điều trị không cần thuốc và phẫu thuật

Ngoài ra, chúng tôi hy vọng rằng phương pháp của chúng tôi có thể dẫn đến các liệu pháp mới cũng dễ dàng hơn cho bệnh nhân. Hiện tại, Bianca đang dùng một số loại thuốc có nguy cơ sức khỏe đáng kể và thường khiến cô cảm thấy buồn nôn và mệt mỏi. Cô ấy là một trong nhiều người, muốn thử một lựa chọn trị liệu khác.

Công việc này có kế hoạch vượt ra ngoài việc xác định các vùng trong não của cô, nơi các điện trường biểu thị các điều kiện không lành mạnh. Lấy cảm hứng từ quản lý mạng máy tính và các mạng kỹ thuật số tiên tiến, định tuyến tín hiệu xung quanh các khu vực bị hư hỏng hoặc gián đoạn, chúng tôi đang phát triển một phương pháp mà hệ thống vá da đầu của chúng tôi cũng có thể gửi tin nhắn vào não.

Xem thêm: Giao diện não-máy tính có thể chuyển những suy nghĩ đơn giản thành lời nói

Mỗi sợi thần kinh bị tổn thương nói chung là một trong số hàng ngàn sợi được bó lại với nhau thành một sợi các sợi thần kinh nơi các sợi thần kinh lân cận thường khỏe mạnh. Thiết bị của chúng tôi có thể giúp xác định các vị trí có tổn thương myelin và theo dõi các sợi thần kinh đó trước điểm bị hư hại, để thu các tín hiệu không bị xáo trộn của chúng. Sau đó, chúng tôi sẽ sử dụng ống kính não để truyền các điện trường bổ sung vào não, gửi các tín hiệu lành mạnh đó đến các khu vực xung quanh tổn thương myelin, để khuyến khích các sợi thần kinh lân cận truyền các thông điệp mà sợi bị hư hỏng có thể.

Cho đến nay, chúng ta đã có thể mô phỏng phương pháp này trong một môi trường siêu điện toán, nơi các thông số thần kinh não đã được cung cấp bởi các phòng thí nghiệm nghiên cứu lâm sàng. Trong những tháng tới, chúng tôi sẽ xây dựng và thử nghiệm một nguyên mẫu ống kính não. Lắng nghe não bộ và giao tiếp với nó cung cấp một bộ khả năng mới để chẩn đoán và điều trị y tế mà không cần phẫu thuật.

Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers by Salvatore Domenic Morgera. Đọc văn bản gôc ở đây.