211service.com
Een enkele gedachtevorm in de hersenen bekijken
Een van de langetermijndoelen van neuro-imaging is om te begrijpen wat een persoon denkt door alleen maar naar het patroon van zijn of haar hersenactiviteit te kijken - in wezen het lezen van de geest. Hoewel die prestatie nog ver weg is, hebben wetenschappers van de Universiteit van New Mexico een belangrijke stap gezet door neuro-beeldvormingstechnieken te verfijnen tot het punt waarop ze op betrouwbare wijze een enkele gedachte kunnen detecteren die zich in de hersenen van een persoon vormt.
Zodra een vrijwilliger aan een woord denkt, detecteren onderzoekers hersenactiviteit in het gebied van Broca (gele pijl), een deel van de hersenen dat betrokken is bij taal. (Credit: Stefan Posse, Universiteit van New Mexico)
De techniek kan worden gebruikt om klinische toepassingen van neuro-imaging te verbeteren, zoals de diagnose van patiënten, of om cognitieve processen te bestuderen die vluchtig of niet-reproduceerbaar zijn, zoals het aanleren van een nieuwe vaardigheid. Dit zou een hele nieuwe dimensie kunnen openen van hoe fMRI kan worden gebruikt, zegt Peter Bandettini , directeur van de fMRI-kernfaciliteit bij de National Institutes of Health in Bethesda, MD.
Functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) meet de hoeveelheid bloedstroom naar verschillende delen van de hersenen, waardoor wordt aangegeven welke hersengebieden het meest actief zijn. Het in beeld brengen van de hersenen terwijl iemand mentale taken uitvoert, zoals het onthouden van woorden of rekenen, geeft inzicht in de delen van de hersenen die cruciaal zijn voor deze cognitieve processen.
Maar hersenactiviteit is erg luidruchtig, wat betekent dat wetenschappers de relevante neurale signalen moeten onderscheiden van achtergrondactiviteit, die kan komen van de ademhaling, beweging of zelfs dagdromen van een persoon. Om hersenactiviteit te detecteren die verband houdt met een specifieke taak, bestuderen de meeste fMRI-onderzoeken gemiddelde hersenscans van herhaalde tests bij tientallen mensen.
Stefan Posse en collega's van de Universiteit van New Mexico ontwikkelen nieuwe manieren om fMRI-gegevens te verzamelen en te analyseren waarmee ze hersenactiviteit kunnen detecteren vanuit één enkele gedachte. Ze hebben hun zeer gevoelige beeldvormingsmethoden gecreëerd door meer foto's te maken in een kortere tijd en door nieuwe algoritmen te ontwikkelen om die beelden te integreren en achtergrondruis te verminderen.
Zoals beschreven in een artikel van vorige maand in het tijdschrift Neurobeeld , vroeg het team van Posse aan acht vrijwilligers die in een scanner lagen om een woord te bedenken dat begon met een letter die op een scherm boven hun gezicht flitste. Vervolgens registreerden ze de activiteit in het gebied van Broca, een deel van de hersenen dat betrokken is bij het genereren van taal.
De onderzoekers ontdekten dat ze activiteit in deze regio konden detecteren na een enkele proef, ongeveer net zo betrouwbaar als in eerdere onderzoeken die de resultaten gemiddeld over meerdere onderzoeken. We kunnen het in realtime op de scanner zien, zegt Posse.
Experts zeggen dat de bevindingen veelbelovend zijn, hoewel ze nog moeten worden bevestigd. Het is belangrijk om dit in andere hersengebieden en met andere taken te proberen om te zien waar het werkt, zegt Christopher deCharms, oprichter van Omneuron, een startup voor hersenbeeldvorming in Menlo Park, CA.
De onderzoekers proberen nu aanvullende informatie te verzamelen uit deze korte hersenactiviteitspatronen. Soms zagen we een tweede hobbel in het gebied van Broca, zegt Posse. De proefpersonen vertelden ons toen dat ze een tweede woord hadden bedacht.
Uiteindelijk hopen de onderzoekers nog meer gecompliceerde kenmerken te kunnen afleiden, zoals het soort woord dat de persoon genereerde, of het woord hen blij of boos maakte, en, uiteindelijk, complexere gedachten. Als je activiteit kunt zien die wordt gegenereerd door een enkel woord, kun je misschien ook activiteit zien van een langere reeks gedachten en vervolgens van complexe hersenprocessen, zegt Posse. Het idee is om de stroom van denkprocessen te kunnen ontleden in individuele gedachten.
Experts op het gebied van hersenafbeeldingen zeggen dat een techniek die op betrouwbare wijze afzonderlijke gedachten meet, een nieuwe wereld van experimenten zou kunnen openen. Als we erin slagen om gegevens van een enkele proef te meten, geeft dit ons een krachtigere methode dan wat er tot nu toe beschikbaar was, zegt deCharms. U kunt de prestaties van een taak volgen, zoals een operatie of het vliegen met een vliegtuig, als u wilt begrijpen hoe de prestaties van seconde tot seconde veranderen.
En deze single-gedachte-methode zou kunnen worden gebruikt om het leerproces zelf te bestuderen, wat heel snel gaat, zegt deCharms. Een eerste indruk kun je maar één keer maken. Om een specifiek leerproces te bestuderen, zouden wetenschappers het verschil in hersenactiviteit moeten meten tussen de eerste keer dat iemand een nieuwe vaardigheid uitvoert en de tweede of derde keer. Als je gemiddeld meer dan 20 proeven moet doen, verlies je veel inzicht, zegt deCharms.
Single-trial hersenbeeldvormingstechnieken kunnen ook nuttig zijn in de kliniek. Momenteel wordt fMRI zelden gebruikt voor diagnostische of therapeutische doeleinden omdat het moeilijk is om betrouwbare gegevens te verzamelen van een individueel hersenbeeld. Maar omdat fMRI-technieken zoals die van Posse gevoeligere beeldvorming mogelijk maken, zullen artsen beter in staat zijn om medische beslissingen te nemen op basis van individuele hersenscans. Bovendien, zegt Bandettini, zal de mogelijkheid om in kortere tijd betrouwbare beelden te genereren het proces gemakkelijker maken voor zowel artsen als patiënten.