10 Mind-Bending Sci-Fi fremskridt i hjernevidenskab

De fleste mennesker tænker ikke dagligt på neurovidenskab. Neuroscientists arbejde er normalt uklart, kedelig forskning, der gradvist forbedrer vores forståelse af hjernen og vores nervesystem.

Endnu resulterer deres eksperimenter i resultater, der ellers kun forekommer i science fiction romaner. Her er nogle af de mere overraskende.

10Bemøde kunstige minder

Er det muligt at kunstigt oprette en helt falsk hukommelse, der næsten ikke kan skelnes fra en ægte? Ja, det er - hvis du er en af ​​forskerne ved UC Irvine.

I en undersøgelse af rotter formåede disse forskere at introducere nye målrettede minder i gnaverens hjerner. De spillede en bestemt tone, som de ønskede, at rotterne skulle reagere, samtidig med at acetylcholin blev frigivet - et kemikalie, der var ansvarlig for dannelsen af ​​nye minder.

Resultatet? Rotter udviklede det forventede respons på den pågældende tone, da de blev testet dagen efter eksperimentet. Disse nye minder havde "de samme egenskaber" som deres naturligt forekommende modparter. Desuden blev de kunstige minder bibeholdt i det lange løb, hvilket viser, at det er muligt permanent at danne minder under laboratoriebetingelser.

Forskerne håber, at disse fund bane vejen for at hjælpe mennesker med hukommelse og indlæringsvanskeligheder, muligvis ved at introducere nye minder ved hjælp af lignende accelererede teknikker. Vi er sandsynligvis stadig en vej fra en fremtid, hvor vi erhverver ny viden på efterspørgsel, som hovedpersonerne i Matrixen-men man kan altid drømme.

Åh, og taler om drømme ...

9Manipulerende drømme

Hvis der er en ting vi ved om drømme, er det, at de er unikke for hver enkelt person. De er et produkt af dine seneste oplevelser, følelser og tanker. Du kan ikke bare få nogen til at drømme, hvad du vil.

Eller kan du?

Forskere ved MIT formåede at gøre netop det. De startede med at træne rotter til at køre en labyrint. Rotterne blev givet to forskellige lyd-signaler for at hjælpe dem med at navigere i labyrinten og finde behandler. En tone ville fortælle de rotter, at behandlen var til venstre for dem; den anden tone fortalte dem at dreje til højre. Rats elsker godbidder, så meget snart lærte de, hvad de to forskellige toner betød, og svarede dem i overensstemmelse hermed, når de navigerede på labyrinten. Forskere registrerede derefter de specifikke ændringer i rotternes hjernebølger, da de reagerede på de to forskellige toner.

Endelig var det tid til at rodne med rotternes drømme. Da rotterne gik i seng, blev deres hjerneaktivitet overvåget for at fastslå det, ja, de drømte om at løbe gennem labyrinten. På det tidspunkt forsøgte forskerne at påvirke drømmene ved at spille de to forskellige toner.

Fornuftigt viste hjernens scanninger, at rotterne, mens de drømte, reagerede på lydlydene på nøjagtig samme måde som de gjorde, da de var vågen. Dette forsøg viser, at drømme kan formes direkte af eksterne triggere. Forskerne spekulerer endda om, at en dag vil det være muligt for folk at have tilpassede drømme via sådan "drømmeteknik".

8Regning drømme

Hvad hvis du ønskede at optage dine drømme, så du kunne se dem senere, som en film? Det viser sig, at det i sidste ende kan meget vel være muligt. En undersøgelse af forskere i Kyoto, Japan viste, at hjerneskanninger kan bruges til at skabe en repræsentation af folks drømme i realtid.

Den første fase af deres undersøgelse havde folk, der sov i en MR-scanner, mens deres hjerneaktivitet blev registreret. De blev derefter vågnet og interviewet om, hvad de havde set mens de drømte. Dette blev gjort omkring 200 gange for hver af de tre deltagere.

I anden fase isolerede forskerne de 20 mest almindelige objekter og fandt billeder, der repræsenterer disse. De viste disse objekter til deltagerne, mens de måler deres hjerners svar på dem for at etablere en sammenhæng. Derefter fodrede forskerne billederne og de tilsvarende MR-scanninger ind i en læringsalgoritme.

Endelig blev de tre deltagere inviteret til at sove igen inden for MR-scanneren. I mellemtiden genererede den smarte algoritme strenge af billeder, baseret på sleepers hjernevirksomhed. Fagene blev derefter vågnet og spurgt om deres drømme. I sidste ende var algoritmen i stand til at matche drømmene med omkring 60 procent nøjagtighed.

Mens det er langt fra perfekt, er dette et første skridt i retning af at kunne optage drømme. Vi ved allerede, at det er muligt at skabe rå, men overraskende avancerede film, der repræsenterer vores hjernes aktivitet. I lyset af denne japanske drømstudie kan det kun være et spørgsmål om tid, før vi kan gøre det samme med vores drømme.

7Brain Cell Transplants

Kan hjernetransplantationer bruges til at forbedre hjernefunktionen? For at besvare det spørgsmål skabte forskere ved University of Rochester Medical Center humane kimære mus. Det lyder uhyggeligt, men det betød blot, at disse mus fik humane astrocytter - en bestemt type hjerneceller. Musene blev injiceret med 100.000 af disse astrocytter, mens de stadig udviklede sig.

Bemærkelsesværdigt, da musene blev 6 måneder gamle, havde disse menneskelige celler i det væsentlige fuldt ud erstattet de tilsvarende mus-hjerneceller. Forskerne udsatte derefter musene for talrige tests, der var designet til at evaluere deres hukommelse og læringsevner. Disse "smarte" mus endte med at udføre markant bedre på tværs af en lang række tests end kontrolgruppen, og blev generelt vist at være hurtigere ved at lære.

Neuroscientist Bruce Ransom anerkendte betydningen af ​​denne forskning og sagde: "Det er et fantastisk resultat.Det giver de første utvetydige tegn på, at astrocytter måske har været en af ​​de evolutionære drivere til menneskelige evner. "Det er nysgerrigt, at dette citat mistænksomt mangler kommentarer til farerne ved at opdrætte hyper-intelligente gnavere.

6Providerende årvågenhed

Vi har alle været i situationer, der krævede langvarige fokus-tænke afsluttende eksamener, indleveringsafkast, og Ringenes Herre maratonløb. Vi kan alle attestere for i sidste ende at blive trætte og miste vores evne til at være opmærksomme. Hvad hvis der var en måde at gøre os mere opmærksomme under disse typer aktiviteter?

Der er, og alt det kræver, er at zapping din hjerne med en styret elektrisk strøm. En undersøgelse udsatte deltagere for en række årvågenhedstest. Nogle deltagere modtog noninvasiv hjernestimulering i form af "prefrontal transcranial direct current stimulation" (tDCS). Andre modtog en skambehandling. I sidste ende var folk, der modtog tDCS, mere fokuserede og opretholdt deres niveau af årvågenhed over længere perioder.

Undersøgelsen viser, at målrettet stimulering kan anvendes effektivt for at gøre bedre brug af hjernens ofte uudnyttede ressourcer; folk kan gøres mere opmærksomme. Forskere foreslår, at denne metode er egnet til at modbalancere fald i ydeevne for arbejdstagere, der kræver lange perioder med vedvarende opmærksomhed.

5Making os bedre løgnere

Ikke alle tDCS bruges til gode. Nogle applikationer af noninvasiv hjernestimulering kan rettes mod en mindre etisk forfølgelse: at hjælpe os med at lyve mere overbevisende.

En undersøgelse instruerede 44 frivillige til rollespil som tyve. Deltagerne måtte lade ud som om at stjæle penge og blev derefter forhørt om deres mishandlinger. Denne forundring blev udført via "Skyldig viden Test", en variation af polygraph testen.

Ved at bruge tDCS til at hæmme funktionen af ​​den forreste præfrontale cortex-den del af hjernen, der var ansvarlig for bedragers videnskabsmænd, kunne udløse bemærkelsesværdige forbedringer i forsøgspersoners evne til at lyve. Folk, der fik hjernestimulering, var hurtigere at komme op med løgne, men ikke hurtigere, når de svarede sandfærdigt. Måske endnu mere interessant, blev disse deltagere også vist at føle sig mindre skyldige i at lyve end kontrolgruppen.

Dette indikerer, at det kan være muligt at forbedre en persons evne til at lyve ved vilje, hvis det skulle være nødvendigt. Tænk på de mange fagfolk, der kunne drage fordel af denne form for forbedret lyverevne: spioner, undercover-politiet, soldater taget til fange og kampagnepolitikere.

4Brain-Boosting Music

Det er temmelig godt kendt, at musik har en målbar effekt på vores humør og vores opfattelse af verden. Du kan sikkert nok huske en tid, hvor en særlig trist sang gjorde dig melankoli, eller omvendt et optimistisk spor, der fik dig til at smile og danse.

Det viser sig ikke bare vores følelser, der kan drage fordel af en dosis god musik. Vores kognitive evner kan også påvirkes ved at lytte til specifikke musikalske scoringer. Forskning fra Northumbria University i Storbritannien havde folk, der udførte en test, der målte mental koncentration. Deltagerne måtte se på, at en grøn firkant kom op på en computerskærm, og tryk på plads som det gjorde, mens man ignorerede andre farver og former.

Nogle deltagere gjorde det i stilhed; andre lyttede til forskellige bevægelser fra Vivaldi's De fire årstider Concerti. Den mere optimistiske "Spring" -koncert resulterede i den bedste gennemsnitlige responstid på 393,8 millisekunder; Den langsomme "efterår" øgede folks reaktionstid til 413,3 millisekunder, sammenlignet med 408,1 millisekunder for dem der lyttede til slet ingen musik.

En anden undersøgelse viste, at musik kan hjælpe folk med at huske selvbiografiske minder efter en "erhvervet hjerneskade". Det ser ud til, at omhyggeligt valgt musik kan spille en afgørende rolle for at øge folks kognitive evner, opmærksomhed og hukommelse.

3Prostetisk Hjerne

I dag er videnskaben langt fremme nok til at finde måder at erstatte de fleste dele af vores krop. Vi har proteser, proteser og ser ud til at være på randen for at gøre funktionelle protetiske øjne. Men hjernen er meget mere kompleks end et lem. At lave en hjerne protes er langt fra en simpel opgave, og vi er langt fra at gøre fuldt funktionelle hjerneskift. Ikke desto mindre tager vi betydelige fremskridt på den forside med en såkaldt "neurale protese", der har vist sig at genoprette hjernefunktionen efter traumatisk hovedskade.

I et proof-of-concept-studie afbrød forskerne kommunikation mellem områder af rotters hjerne, der simulerer en traumatisk hjerneskade. Studiens 16 rotter mistede næsten alle funktioner i deres forben. Nogle blev efterladt ubehandlet; andre fik en enhed, der tilfældigt stimulerede forskellige områder af hjernen. En tredje gruppe rotter var udstyret med den neurale protese, som skabte en bro mellem de to afbrydede områder i hjernen.

Resultaterne var overbevisende. Efter to uger genoplivede neurale protesegruppen hjernens funktion i en sådan grad, at "deres bevægelser var uadskillelige fra deres adfærd før deres hjerneskade." Den implanterede hjerne-maskine-hjerne-grænseflade lovede i det væsentlige for de to frakoblede områder af hjernen til korrekt kommunikerer med hinanden igen. Forskere håber, at denne undersøgelse fører til skabelsen af ​​en lignende protese til behandling af hjerneskade og slagtilfælde i mennesker. Kombineret påvirker disse typer skader - i USA alene - næsten tre millioner mennesker.

2Hacking Brains for at få adgang til følsomme data

Alle ved, at vores digitale enheder er tilbøjelige til at angribe hacker.Teknikkyndige mennesker kan få adgang til dine kreditkortoplysninger og PIN-koder med relativ letthed, især hvis de fleste af dine adgangskoder er bogstaveligt "adgangskode". Den bedste måde at holde følsomme data private på er at gemme det sikkert i den uhyggelige fæstning, der er din hjerne . På den måde kan ingen muligvis få adgang til oplysningerne, ikke?

Ikke helt. På USENIX Security Conference 2012 har forskere vist, hvordan informationen kan gøres lettere at udvinde ved hjælp af enkle enheder uden for hylderne. Til deres demonstration anvendte de en relativt billig, let tilgængelig hjernedatabase-grænseflade (BCI) og deres eget mind-reading-program. Deltagerne blev analyseret uden at udtrykkeligt fortalt, at deres hjerne ville blive "hacket" i processen.

Ved at læse de elektroencefalografiske signaler, der er produceret af fagets hjerner, kunne forskerne bevise, at adgang til private informations-PIN-koder, kreditkortdata osv. Kan gøres måleligt nemmere via BCI-enheder af forbrugerklasse. Selvom disse oplysninger ikke gøres helt gennemsigtige, "falder entropien af ​​private oplysninger i gennemsnit med ca. 15 til 40 procent i forhold til tilfældige gætteangreb," når man bruger BCI.

1Mind kontrol

Så nysgerrig som de ovennævnte undersøgelser er, måske kommer ingen af ​​dem lige så tæt på science fiction som mind control - en af ​​de mest udforskede "hvad hvis" i mange film og bøger. Mens ægte sindskontrol ikke er lige i horisonten, har nogle få nylige undersøgelser givet nogle ganske ekstraordinære resultater.

I en Harvard Medical School undersøgelse kunne mennesker direkte kontrollere bevægelser af en rotters hale ved hjælp af tanker alene. Menneskelige emner blev udstyret med en BCI-enhed, der konverterede deres tanker til computerkommandoer. Rotterne blev igen udstyret med en computer til hjerne-grænseflade, der brugte fokuseret ultralyd til at stimulere deres hjerner.

Som følge heraf åbnede en hjerne-til-hjerneforbindelse mellem mennesker og rotter, som tillod mennesker at fjernstyring af rotternes haler efter eget ønske. Undersøgelsen havde en forbløffende 94 procent succesrate på tværs af seks forskellige mennesker og seks forskellige rotter. Navnlig var den etablerede hjerne-til-hjerneforbindelse helt ikke invasiv, hvilket ikke kræver komplekse kirurgiske procedurer.

Hvis du synes det er imponerende, vent indtil vi fortæller dig om en nylig undersøgelse ved University of Washington. Denne undersøgelse brugte lignende hjerne-til-hjerne kommunikation, med en bemærkelsesværdig forskel: Begge emner var mennesker.

To forskere var placeret i forskellige dele af universitetets campus. Den ene havde en kasket, der konverterede sine tanker til elektriske signaler, mens hans kollega bar en, der gjorde det muligt for hans hjerne at modtage magnetiske signaler. Den første forsker skulle spille et computerspil, der fik ham til at skyde en kanon på forskellige mål. Fangsten? Han måtte gøre det uden at bruge sine hænder. I stedet måtte han forestille sig at skyde kanonen i hans sind og derved få sin kollega til at gøre det egentlige nøglepresning på det rigtige tidspunkt.

Undersøgelsen var en succes. Mens forskere hurtigt fremhæver, at dette eksperiment er ret grundlæggende i opsætningen, mener de, at det er et første forsigtigt skridt hen imod mere uddybede applikationer. Nogle år ned ad linjen kan vi se mange sociale anvendelser til sådan direkte sindskontrol. Disse kan omfatte alt fra at lade handicappede kommunikere bedre, for at hjælpe nogen med at lande et fly.

For nu er det spekulation. Endnu en ting er Visse: Neurovidenskab er et stadig mere spændende forskningsområde, der sikkert har flere futuristiske udviklinger i butikken for os.