211service.com
Engineering van de hersenen
De afgelopen eeuw is er grote vooruitgang geboekt in ons begrip van die aspecten van neurale berekeningen die kunnen worden bestudeerd door middel van experimenten op een of enkele cellen, bijvoorbeeld hoe synapsen een neuron in staat stellen met een van zijn buren te praten. Maar de verschijnselen waardoor veel neurowetenschappers in de eerste plaats geïnteresseerd raakten in de hersenen - leren, emotie, bewustzijn en mysterieuze aandoeningen zoals depressie en schizofrenie - blijven moeilijk te verklaren door experimenten op slechts één of zelfs enkele cellen. Duizenden of miljoenen cellen, computers als een geheel, zijn verantwoordelijk voor praktisch al ons gedrag, evenals de verstoringen daarvan.
Door de complexiteit van neurale circuits blijft de beoefening van systeemneurowetenschap een kunst. Afgezien van het enkele neuron blijven de computationele details wazig voor de meeste neurale circuits in de hersenen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2007
- Zie de rest van het probleem
- Abonneren
Voordat ik neurowetenschapper werd, volgde ik een opleiding tot natuurkundige en ingenieur. Dus besloot ik te proberen hulpmiddelen uit te vinden om de oude, hardnekkige problemen van het normale en pathologische brein op te lossen. Ik heb een nieuwe onderzoeksgroep gelanceerd bij het MIT Media Lab om technologieën te ontwikkelen voor het beheersen van neuronale activiteit en om deze te gebruiken om de circuitelementen te vinden en te ontwikkelen die specifieke toestanden en gedragingen mediëren. We zullen deze technologieën ook toepassen bij het bedenken van meer gerichte en niet-invasieve strategieën voor het corrigeren van hersenaandoeningen. Deze inspanningen kunnen neurowetenschappers in staat stellen om de verbanden tussen de activiteit van het neurale circuit en aandoeningen zoals depressie beter te begrijpen (zie Neuron Control).
In 2005 was ik in staat om, samen met mijn collega's van het Max Planck Institute of Biophysics en Stanford University, specifieke neuronen pieken te laten afvuren, precies als reactie op korte pulsen blauw licht, door in de neuronen een uniek membraaneiwit van groen tot expressie te brengen. algen (zie Artificially Firing Neurons, september/oktober 2006). Mijn lab ontwikkelt geautomatiseerde protocollen voor het gebruik van deze techniek en andere neurale controletools die we uitvinden om systematisch de patronen van circuitactiviteit en gedrag te onthullen die worden gemedieerd door een specifiek neuron of een reeks neuronen. We onderzoeken ook het systematische gebruik van neurale controletechnologieën om neurologische en psychiatrische stoornissen te corrigeren en de cognitie te verbeteren.
Onze hersenen zijn de ultieme interface tussen ons en de wereld. Het rechtstreeks ontwerpen van deze interface kan ons nieuwe inzichten geven in hoe we sensaties voelen, besluiten over acties en ons bewust worden van onszelf - en nieuwe manieren van communicatie, neurale prothese en cognitieve vergroting mogelijk maken. De vraag hoe we de werkelijkheid subjectief ervaren, is een van de grote onopgeloste problemen aller tijden en vereist nieuwe instrumenten en samenwerking tussen disciplines om te beantwoorden. Ik geloof dat in deze zoektocht de vaardigheden en inspanningen van neuro-ingenieurs essentieel zullen zijn.
Edward Boyden is een assistent-professor aan het MIT Media Lab, waar hij het nieuwe Neuroengineering en Neuromedia Lab leidt.