Student World

Jak můžete komunikovat s vlastním mozkem? Nebo chcete raději mluvit se svým srdcem? Jaké možnosti současná věda nabízí?

Vědci se již dlouhou dobu snaží zjistit, jak lidské nervové sítě fungují. Aby pronikli do jejich tajemství, museli uskutečnit tisíce pokusů. Jejich výsledkem je několik metod, kterými lze studovat tajemné pochody, probíhající ve vašem těle. Podívejme se tedy, jaké jsou současné možnosti. Začneme nejprve tím zajímavějším, tedy z pohledu možné interakce mezi počítačem a člověkem, s lidským mozkem.

Trošku temná historie — mrzačení

Tato velice temná a krvavá metoda je aplikována již velice dlouhou dobu a je snadno použitelná. Bohužel, není moc doporučeníhodná. Jejím principem je totiž úmyslné zraňování nebo odejímání částí mozku. Asi nejznámější je druhá varianta, známá pod pojmem lobotomie. Vhodným poraněním mozku nebo odebráním jeho části lze totiž zjistit, k čemu jaké díly mozku slouží. Pokud tedy např. pokusná osoba není schopná po zákroku poznat osobu, kterou až do té doby znala, byla s největší pravděpodobností poškozena část zodpovědná za porovnávání obrazů a nebo část s informacemi o dané osobě. Ačkoliv tato metoda může dnes na první pohled vypadat poněkud groteskně, byla až do minulého století vlastně jedinou možností, jak získat informace o procesech probíhající v mozku. Dnes již naštěstí existují poněkud méně destruktivní metody.

Elektrody

Pod pojmem elektroda je v tomto případě myšlen velice tenký a dlouhý drát, pomocí něhož lze velice dobře zkoumat libovolnou oblast mozku. Elektrody nabízejí asi nejlepší možnosti v případě přímé stimulace neuronů a lze jimi získávat informace od pokusné osoby. Hlavním problémem této metody je, že dochází k malému poškození nervové tkáně a její používání je tedy oprávněné pouze ve velice nezbytných případech. Často jsou elektrody používány k lokalizaci poškozené tkáně při nehodách, kdy se chirurgové snaží najít co nejmenší část mozku, která se musí odebrat. Přesto tato metoda zůstává stále používána, zejména v pokusech se zvířaty.

Nepoškozující metody

Správně by asi mělo být řečeno "méně ubližující metody", protože všechny metody více či méně mozek poškozují. Samozřejmě výrazně méně než předchozí metody, které na rozdíl od nich jsou realizovány pomocí zařízení, nacházejících se mimo mozek. Jejich hlavní nevýhodou je častá vysoká finanční náročnost a proto je výzkum omezen pouze na několik bohatých laboratoří. Nejvíce rozšířené jsou následující metody:

* EEG (Elektroencefalograf) — toto zařízení pracuje pomocí několika desítek elektrod, které jsou přichyceny na lebce (na rozdíl od těch z předchozího odstavce jsou pouze na povrchu). Ty pak měří elektrickou aktivitu mozku během různých fází (myšlení, spánek). Abnormality v EEG tak mohou lékařům prozradit nemoci jako je epilepsie nebo zárodky nádorů. Tato metoda měří průměrnou aktivitu velkého množství neuronů, které se nacházejí pod elektrodou, výsledné hodnoty proto poskytují pouze zevrubnou představu o funkci jednotlivých částí. V některých systémech je EEG používáno k pohybu kurzoru po obrazovce (změnou mozkové aktivity).

* MEG (Magnetoencefalograf) — je velice podobný EEG, pouze místo měření elektrického potenciálu je měřeno magnetické pole vytvořené neurony. Tato metoda poskytuje poněkud přesnější výsledky než EEG.

* CAT (Computerised axial tomography = počítačová tomografie) skenery — využívá se ke snímání mozku rentgenovými paprsky. Ty procházejí mozkem a jsou zachycovány detektory na druhé straně. Celý aparát se postupně otáčí a tím je dosaženo sejmutí celého obrazu. Tato technika je výborná pro získání struktury mozku bez nutnosti přímého fyzického kontaktu. Hlavní nevýhodou této metody je, že snímané obrazy jsou statické. Lze si tak udělat přesnou představu o tom, kde co je, ovšem bez možnosti sledovat probíhající děje. Přesto je význam této technologie obrovský. Svědčí o tom i ta skutečnost, že její objevitelé G. Hounsfiled a A. Cornmack za ni byli v roce 1979 odměněni Nobelovou cenou za fyziologii a medicínu.

* PET (Positron emission tomography = pozitronová emisní tomografie) — využívá služeb metody rCBF (regional Cerebral blood flow) a na rozdíl od předchozí metody dokáže nejenom zkoumat strukturu mozku, ale do jisté míry i jeho funkci. V této metodě jsou do mozku krevní cestou dopraveny pozitrony. Neurony, které jsou při nějaké akci aktivní, potřebují výživu pro svoji práci, kterou dostávají krví, ve které jsou právě ony "upravené" atomy. Ty jsou ale nestabilní a tak později dochází k rozložení nadbytečného protonu na neutron a pozitron. Zatímco neutron v jádře zůstává, pozitron je vyzářen. Při jeho průchodu mozkem se ale dříve či později (vzdálenost se pohybuje okolo 9 mm) setká s některým elektronem a dojde k vzájemné anihilaci. Přitom dojde k vyzáření dvou kvant záření gama a to v přesně protilehlých směrech. Tato záření jsou poté zaznamenána v okolních gama detektorech a tak lze získat relativně přesný obraz aktivity v mozku.

* MRI (Magnetic resonance imaging = magnetické rezonanční zobrazování) — na rozdíl od předchozích nevystavuje tato metoda mozek žádnému typu radioaktivity. MRI je založeno na skutečnosti, že jádra atomů o sudé atomové váze (např. vodík), která jsou vystavena střídavému elektromagnetickému poli, vyzařují elektromagnetické vlny. Tyto atomy se totiž v silném statickém magnetickém poli chovají jako malé gyroskopy. Po vypnutí pole se vrací do své původní polohy, ale v ní pak simultánně emitují velice malé množství magnetické energie, která je pak zaznamenávána. Nevýhodou této metody je její pomalost — snímek trvá kolem 15 minut. Velice slibná je ale nová technologie echo-planar MRI, kde obrázek trvá jen 1/10 sekundy, což umožňuje sledování toku krve mozkem.

Další metody

* EMG (Elektromyograf) — lidský mozek není jediným zdrojem elektrického potenciálu v lidském těle, dalším takovým zdrojem jsou např. svaly, které vytvářejí elektrický potenciál při svých pohybech. Toho lze využít např. při tvorbě protéz.

* EOG (Elektrooculograf) — specializovaná verze EMG, která se zabývá svaly pohybující očima. Tato data pak mohou být využita pro ovládání pohyb kurzoru, pro virtuální realitu nebo pro řešení různých medicínských problémů.

* EKG (Elektrokardiograf) — s tímto přístrojem jste se již možná setkali u svého lékaře. Tato metoda zaznamenávající aktivitu srdce se sice nedá použít pro přímé ovládání počítače, její význam je však přesto velký. Např ve zdravotnictví by se dalo EKG použít pro vzdálenou diagnózu pacientů.

autor Aleš Svoboda