Hören im Gehirn, die die Kommunikation, ohne Operation

Viele seriöse Wissenschaft – plus eine ganze Menge science-fiction – diskutiert Möglichkeiten, um „hack das Gehirn.“ Was das wirklich bedeutet, die meisten der Zeit, auch in der fiktive Beispiele – beinhaltet die Operation, die Eröffnung der Schädel-Implantat Kabel oder Geräte, die physisch in das Gehirn.

Aber das ist schwierig, gefährlich und potenziell tödlich. Es wäre klüger, um die Arbeit mit dem Gehirn, ohne zu öffnen, die Patienten Schädel. Neurologische Störungen sind Häufig, betrifft mehr als eine Milliarde Menschen weltweit, alle Altersgruppen, Geschlechter und der Bildungs-und Einkommensniveau. Meine neural engineering-team ist in der Forschung, als Teil einer größeren Anstrengung über die biologische Disziplin, ist die Arbeit in Richtung Verständnis und zur Erleichterung von verschiedenen neurologischen Störungen, wie multiple Sklerose, Autismus-Spektrum-Störung und Alzheimer-Krankheit.

Ermittlung und Beeinflussung der Gehirn-Aktivität von außerhalb des Schädels konnte schließlich erlauben die ärzte diagnostizieren und behandeln eine Breite Palette von schwächenden Erkrankungen des Nervensystems und psychische Störungen, ohne invasive Chirurgie.

WLAN-verbindungen innerhalb des Gehirns

Meine Fraktion glaubt, dass wir die ersten sind, die haben eine neue Möglichkeit gefunden, die Nervenzellen miteinander kommunizieren. Nerven sind bekannt, die Verbindung durch physische verbindungen – oder, was man als „Kabel“ – verbindungen – in denen die Axone einer Nervenzelle senden elektrische und Chemische Signale an die Dendriten eines benachbarten Zelle.

Unsere Forschung hat herausgefunden, dass Nervenzellen auch drahtlos kommunizieren, mithilfe der WLAN-Aktivität zu erstellen, die winzige elektrische Felder von Ihrer eigenen, und die Erfassung der Felder benachbarter Zellen erstellen. Dies schafft die Möglichkeit, viele weitere Nervenbahnen und können erklären helfen, warum die verschiedenen Teile des Gehirns verbinden sich so schnell während der Ausführung von komplizierten Aufgaben.

Konnten wir überwachen diese elektrischen Felder, die von außerhalb des Schädels, der effektiv das Abhören von Nerven-Kommunikation. Wir hoffen, dass wird uns helfen, alternativen, gesunden verbindungen, die für die Nerven, die beschädigt wurde durch multiple Sklerose oder auszugleichen Nerv aufgrund von Autismus-Spektrum-Störung, oder prime Neuronen feuern gemeinsam in spezifischen mustern und Wiederherstellung der langfristigen Erinnerungen verloren als Folge der Alzheimer-Krankheit.

Konkret haben wir gefunden, wenn eine isolierte, oder myelinisierten, Nervenfasern im Gehirn aktiv ist und Signale sendet, die entlang seiner Länge bekannt als action-Potentiale, spezielle Regionen entlang seiner Länge zu erzeugen, ein sehr kleines elektrisches Feld. Die zellulären Regionen, in denen dies geschieht, so genannte Knoten von Ranvier, wirken wie kleine Antennen, die senden und empfangen elektrischer Signale.

Eine Unterbrechung von zwei hoch spezialisierten Strukturen, die Myelinscheide oder die Knoten von Ranvier – führt nicht nur zu neurologischen Dysfunktion, aber das umgebende elektrische Feld verändert sich auch.

Hören auf die Nerven

Die technologische Herausforderung besteht darin, präzise Ausrichtung auf bestimmte Teile des Gehirns zu hören. Das Gerät muss den Empfang von Signalen von Bereichen, etwa der Durchmesser eines menschlichen Haares, mehrere Zentimeter tief im Gehirn.

Eine Möglichkeit ist, eine kleine Anzahl von flexiblen Antennen-patches auf den Schädel zu erstellen, was wir nennen eine „Gehirn-Objektiv.“ Vergleich von Werten aus mehreren patches können uns elektronisch Ziel genau, die Nerven zu hören. Wir entwerfen und das Experimentieren mit Metamaterialien – Materialien, entwickelt auf der molekularen Ebene, sind besonders gut zu servieren, wie hoher Genauigkeit, Antennen, abgestimmt werden kann, Signale zu empfangen, die aus ganz bestimmten Standorten.

Keine Schmerzen, aber potenziell großer Gewinn

Durch das Abhören auf der WLAN-Kommunikation zwischen Nerven, können wir erkennen, dass Bereiche des Gehirns, wo die elektrischen Felder zeigen an, gibt es Probleme. Die detaillierten Eigenschaften der Nervenzellen, die die Aktivität – oder ein Mangel an Aktivität – kann bieten Anhaltspunkte über was bestimmtes problem Auftritt, in das Gehirn. Diese Erkenntnisse könnten helfen, die diagnose der möglichen medizinischen Bedingungen weit besser als die derzeitigen Methoden.

Schauen Sie, zum Beispiel, im konkreten Fall einer Patientin, eine 38-jährige Frau, nennen wir „Bianca“, die wurde diagnostiziert mit multipler Sklerose, einer degenerativen Erkrankung des Gehirns und des Rückenmarks, die kein Heilmittel bekannt ist. Multiple-Sklerose-Patienten das Immunsystem schädigen die Myelinscheide zwischen den Knoten von Ranvier, verursacht Probleme bei der Kommunikation zwischen dem Gehirn und dem rest des Körpers. Dieser Schaden radikal verändert die Aktivität in den betroffenen Nerven.

So überwachen Sie den Fortschritt Ihrer Krankheit, Bianca hatte spinal taps, um zu sehen, wenn Ihr Rückenmark-Flüssigkeit hat eine hohe Niveaus von bestimmten Antikörpern im Zusammenhang mit MS. Sie hatte auch MRI-scans zeigen die Bereiche in Ihrem Gehirn, wo das myelin beschädigt ist, und werden sich zusätzliche Tests, um festzustellen, wie schnell Informationen fließen durch Ihr Nervensystem.

Mit einem Gehirn, Linse Gerät lassen würden ärzte überwachen Bianca Gehirn ohne schmerzhafte spinal taps und unbequem und zeitaufwendig MRT-und CT-scans. Es kann einige Tag ermöglichen Bianca zu überwachen Ihre eigenen Gehirn und senden die Daten an Ihr Spezialist für die Bewertung.

Therapeutische Behandlung, ohne Medikamente und Operationen

Darüber hinaus hoffen wir, dass unser Ansatz kann dazu beitragen, neue Therapien, die sind auch leichter auf den Patienten. In dem moment, Bianca ist die Einnahme von mehreren Medikamenten, die erhebliche gesundheitliche Risiken-und oft machen Sie fühlen sich angewidert und ermüdet. Sie ist eine von vielen, die versuchen wollen, eine andere Therapie-option.

Diese Arbeit Pläne gehen über die Identifizierung der Regionen Ihres Gehirns, wo die elektrischen Felder zeigen an ungesunden Bedingungen. Inspiriert durch die computer-Netzwerk-management und fortschrittliche digitale Netzwerke, die Signale um Bereiche, die beschädigt sind oder unterbrochen werden, entwickeln wir eine Methode, durch die unsere Kopfhaut patch-system kann Nachrichten senden, die in das Gehirn als auch.

Jede beschädigte Nervenfaser ist in der Regel eine von tausenden verpackt zusammen in einem Trakt der Nervenfasern, wo die benachbarten Nervenfasern sind in der Regel gesund. Unser Gerät könnte helfen, die Identifizierung von Webseiten, die mit myelin Schäden und Folgen die Nervenfasern zurück vor den Punkt der Beschädigung zu Holen, die ungestörte Signale. Dann würden wir unser Hirn benutzen Linse zu übertragen komplementäre elektrische Felder in das Gehirn, senden, die gesunden Signale zu den Bereichen rund um die myelin-Schäden, zu fördern benachbarten Nervenfasern zu tragen die Nachrichten, die beschädigten Fasern können nicht.