• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Wyniki finansowanego ze środków UE badania wskazują, że mózg pomaga ciału przystosować się do korzystania z protez

    08.03.2012. 18:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy zajmujący się tworzeniem sterowanych myślami urządzeń protetycznych, np. dla osób z urazami rdzenia kręgowego czy po amputacjach, powinni ucieszyć się z wyników nowego finansowanego ze środków UE badania, które dowodzi, że mózg jest bardziej elastyczny niż dotąd sądzono.

    Na łamach czasopisma Nature naukowcy z Portugalii i USA wyjaśniają, w jaki sposób w ramach procesu nazywanego plastycznością niektóre części mózgu uczą się wykonywać czynności, do których nie są normalnie przystosowane. Naukowcy odkryli, że te same obszary mózgu, które służą do uczenia się funkcji motorycznych, takich jak jazda na rowerze czy prowadzenie samochodu, można wykorzystać do ćwiczenia zadań czysto umysłowych. Jest to także pierwsze badanie, które z powodzeniem wyklucza rolę ruchu fizycznego w nauce używania protez.

    Jeden z autorów badania, dr Rui Manuel Marques Fernandes da Costa z Ośrodka im. Champalimauda w Lizbonie otrzymał grant startowy Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) w wysokości ponad 1,5 mln euro na projekt NEUROHABIT ("Mechanizmy neuronowe nauki czynności i wyboru czynności: od działania intencjonalnego do nawyku"), który został wykorzystany w badaniu.

    Inny z autorów, Jose Carmena z Uniwersytetu Kalifornijskiego, komentuje wyniki badania: "Mamy nadzieję, że nasze odkrycia dotyczące mózgowych powiązań neuronowych doprowadzą do stworzenia lepszych protez, które będą tak bliskie naturalnej anatomii, jak to możliwe. Wyniki badań wskazują, że uczenie się sterowania BMI (interfejsem mózg-maszyna), które jest z zasady nienaturalne, może wydawać się całkowicie naturalne człowiekowi, gdyż proces uczenia wykorzystuje istniejące wbudowane struktury mózgu odpowiedzialne za funkcje motoryczne. Ma to kluczowe znaczenie dla osób, które nie mogą się poruszać. Większość badań nad interfejsem mózg-maszyna było przeprowadzanych na zdrowych, pełnosprawnych fizycznie zwierzętach. Nasze badanie dowodzi, że sterowanie neuroprotezą jest możliwe, nawet jeśli nie obejmuje ruchu fizycznego".

    Doświadczenia przeprowadzane przez naukowców obejmowały między innymi sprawdzenie, czy szczury potrafią wykonać całkowicie abstrakcyjne zadanie, które nie wymaga ruchu fizycznego. Naukowcy powiązali funkcję neuronów ruchowych potrzebnych zwierzęciu do poruszania wąsami z czynnością wymaganą do zdobycia nagrody w postaci pożywienia. Szczury podłączono do interfejsu mózg-maszyna, który przekształcał fale mózgowe w tony dźwiękowe. Aby otrzymać nagrodę, szczury musiały zmienić wzorzec myślowy w konkretnym obszarze mózgu, zwiększając lub zmniejszając wysokość sygnału. Szczury otrzymywały dźwiękową informację zwrotną, dzięki czemu uczyły się kojarzyć określone wzorce myślowe z daną wysokością dźwięku.

    W ciągu zaledwie dwóch tygodni szczury nauczyły się, że aby otrzymać suchą karmę, muszą wygenerować wysoki ton, a aby otrzymać wodę z cukrem - ton niski. Gdyby badana grupa neuronów była używana do pełnienia swojej normalnej funkcji, tj. poruszania wąsami, zwierzęta nie zmieniałyby wysokości dźwięku i nie otrzymywały nagrody.

    "Jest to coś, co nie jest naturalne dla szczurów", mówi dr Costa. "To znaczy, że możliwe jest zbudowanie protez, które nie muszą kopiować anatomii naturalnego układu motorycznego, aby działać".

    Naukowcy mają nadzieję, że odkrycie doprowadzi do stworzenia nowej generacji protez, którymi pacjenci będą mogli sterować w sposób naturalny i bez wysiłku.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Implant mózgowy (ang. brain implant) - urządzenie techniczne łączące się bezpośrednio z mózgiem ludzkim lub zwierzęcym zwykle umieszczone na powierzchni mózgu lub podłączone do kory mózgowej (implantowane elektrody domózgowe). Obecnie badania neurobiologów i inżynierów biomedycznych koncentrują się na zbudowaniu takich implantów mózgowych, które byłyby zdolne zastąpić obszary mózgu uszkodzone po udarze lub urazie mózgowym. Obejmuje to także zastąpienie czynności uszkodzonych układów czuciowych, np. wzrokowego (proteza wzroku). Inne implanty mózgowe są wykorzystywane w doświadczeniach na zwierzętach w celu bezpośredniej rejestracji czynności elektrycznej mózgu dla celów naukowych. Niektóre implanty mózgowe umożliwiają stworzenie interfejsu pomiędzy układem nerwowym i układem scalonym komputera, co jest częścią szerszych badań nad interfejsami mózg-komputer. Encefalizacja (gr. enképhalos – mózg), cerebralizacja, cerebryzacja (łac. cerebrum – mózg) – ewolucyjny proces, który prowadzi do przejmowania funkcji niższych ośrodków nerwowych przez ośrodki wyższe. Polega na koncentracji neuronów w przedniej, głowowej części ciała zwierzęcia i jest związany z wykształceniem się głowy (cefalizacja) i powstaniem mózgu. W antropologii znaczenie terminu cerebryzacja zawężane jest do ewolucyjnego wzrostu rozmiarów mózgu u naczelnych. Hipnopedia - uczenie się w czasie snu; sposób uczenia się oparty na założeniu, że w początkowej fazie snu mózg ludzki jest w stanie odbierać sygnały i magazynować werbalne informacje, które z kolei w ciągu dnia mogą być przedmiotem ponownego uczenia się i szybszego utrwalania. Nocne "lekcje" eksponuje się wiec w okresie od zaśnięcia do zapadnięcia w głęboki sen i przed obudzeniem się, tj.: w okresach "płytkiego" snu. Badania nad hipnopedią znajdują się dopiero w stadium pocztowym.

    Badanie słuchu – jest to ocena reakcji organizmu powstałej w wyniku stymulacji dźwiękowej. Badania słuchu dzielą się na badania subiektywne i badania obiektywne. Subiektywne badania słuchu, w przeciwieństwie do badań obiektywnych, wymagają aktywnej współpracy osoby badanej (od osoby badanej wymaga się świadomej informacji zwrotnej np. czy dźwięk jest słyszalny). Badania słuchu można podzielić również na badania progowe oraz nadprogowe. Celem badań progowych jest określenie najcichszego możliwego do usłyszenia dźwięku, w badaniach nadprogowych oceniana jest percepcja dźwięku powyżej progu słyszenia. Interfejs mózg-komputer (ang. brain-computer interface, BCI) – interfejs pozwalający na bezpośrednią komunikację pomiędzy mózgiem a odpowiednim urządzeniem zewnętrznym. Celem badań nad interfejsem mózg-komputer jest usprawnienie lub naprawa ludzkich zmysłów albo czynności ruchowych. W komercyjnych celach technologia dostępna jest np. jako zamienniki joysticków.

    Lokalizacja dźwięku – czynność, polegająca na określaniu położenia źródła dźwięku w przestrzeni oraz jego odległości od słuchacza. Fakt posiadania pary uszu umożliwia człowiekowi lokalizację źródła dźwięku. Lokalizacja jest dokonywana przez mózg na podstawie analizy głośności dźwięku docierającego do każdego ucha i porównanie obu sygnałów. Kierunek jest określany na podstawie różnic głośności. Miejsce (odległość do źródła dźwięku) może być rozpoznane tylko wówczas, gdy jest to dźwięk o znanej głośności, np. klakson samochodu, wołanie innego człowieka. Interfejs mózg-komputer (ang. brain-computer interface, BCI) – interfejs pozwalający na bezpośrednią komunikację między mózgiem a odpowiednim urządzeniem zewnętrznym. Celem badań nad interfejsem mózg-komputer są usprawnienie lub naprawa ludzkich zmysłów albo czynności ruchowych. W komercyjnych celach technologia dostępna jest np. jako zamienniki joysticków.

    Analiza rynku – zespół czynności, które zmierzają do powstania racjonalnych przesłanek podejmowania decyzji bieżących, które dotyczą obsługi rynku we wszystkich wymiarach na podstawie przeprowadzonych badań rynkowych. Wykorzystuje ona dane pozyskiwane poprzez badanie rynku. Analiza ta jest określana jako chwilowa rejestracja struktury zachowania się rynku w określonym czasie i miejscu. Napad padaczkowy – skutek gwałtownych wyładowań bioelektrycznych grupy komórek nerwowych, które aktywują określone układy strukturalno-czynnościowe mózgu, czego objawem jest zaburzenie ich czynności.

    Nuroobrazowanie – metody umożliwiające obrazowanie struktury i funkcji mózgu. Metody neuroobrazowania pozwalają na obserwację czynności mózgu podczas przeprowadzania wybranych procesów, np. odliczania co 3, zapamiętywania twarzy, poruszania palcem wskazującym, czytania słów, itd. Neuroobrazowanie umożliwia lokalizację obszarów funkcjonalnych mózgu, odpowiednich dla danych procesów. Istotną sprawą jest to, aby w eksperymencie z wykorzystaniem neuroobrazownia dobrać odpowiednio warunek kontrolny dla wybranego warunku eksperymentalnego (zadania wykonywanego przez osobę badaną). Do badań tego typu można stosować funkcjonalny magnetyczny rezonans jądrowy.

    Złudzenie optyczne – błędna interpretacja obrazu przez mózg pod wpływem kontrastu, cieni, użycia kolorów, które automatycznie wprowadzają mózg w błędny tok myślenia. Złudzenie wynika z mechanizmów działania percepcji, które zazwyczaj pomagają w postrzeganiu. W określonych warunkach jednak mogą powodować pozornie tylko prawdziwe wrażenia.

    Dodano: 08.03.2012. 18:26  


    Najnowsze