Направляючи ультразвук в певні ділянки мозку, вченим вдалося підвищити здатність людини розпізнавати види вхідної сенсорної інформації. Ультразвук – це звукові хвилі, що знаходяться набагато вище крайнього порога слухового сприйняття людей. Він дуже корисний для медичної візуалізації. Лікарі і технічний персонал направляють імпульси ультразвуку крізь тканини і записують відбиті хвилі, створюючи картину внутрішнього світу, будь то пошкоджене коліно або зародок в утробі.
Ультразвук можна використовувати для візуалізації зв’язків у мозку. Фахівців в нейронауках особливо цікавить пошук відповіді на питання, як ділянки мозку обмінюються інформацією одна з одною. Один з проектів, що реалізуються в США, спрямований саме на створення повної картини здорового мозку людини.
Ультразвук – це один із низки неінвазивних методів, стимулюючих мозок. Є ще транскраніальна магнітна стимуляція, при якій використовуються магніти. Третій вид – це транскраніальна електростимуляція за допомогою електродів, які подають в мозок слабкий електричний розряд через шкіру черепа.
Відповідно до нового дослідження найбільш ефективним з цих методів є саме ультразвук. «Використовуючи такі звукові хвилі, ми можемо націлитися на ділянку мозку розміром не більше цукерки M & M, – розповідає фахівець в нейронауках Вільям Тайлер. – Наша робота являє собою новий неінвазивний спосіб модулювання активності людського мозку з більш високим просторовим дозволом, ніж раніше».
Несподіваний результат
Вільям Тайлер і його колеги зосередилися на чуттєвому сприйнятті від руки. Для початку вони поклали електрод на зап’ясті, на нерв, який переносить імпульси від руки в мозок. Використовуючи слабкий електричний струм, вони стимулювали нерв, зосередивши при цьому ультразвук на тій ділянці мозку, який обробляє сигнали від нього.
Дослідники записували реакцію мозку учасників за допомогою електроенцефалографії – набору електродів на шкірі черепа, які вимірюють електричну активність в мозку. Фахівці виявили, що ультразвук послаблює мозкові хвилі, які шифрують тактильну стимуляцію.
Але ряд наступних експериментів виявив щось дійсно дивне.
Вчені провели два тести на чуттєве сприйняття. У першому з них учасники відчували два уколи шпильками в шкіру і повинні були визначити, колють чи їх в одну або дві точки. Чим ближче шпильки розташовуються одна до одної, тим складніше завдання. У другому експерименті дослідники направляли на шкіру випробуваного кілька коротких подувів повітря, після чого просили сказати, скільки вони відчули окремих повітряних поштовхів. Чим швидше робляться подуви, очевидно, тим складніше розпізнати їх кількість.
Цього разу вчені, очікуючи побачити низькі результати чуттєвого сприйняття внаслідок слабких мозкових сигналів, в обох тестах зафіксували підвищення продуктивності мозку. «Ці спостереження нас здивували, – зазначає Тайлер. – Хоча мозкові хвилі, пов’язані з тактильною стимуляцією, ослабли, люди насправді стали краще розпізнавати різницю у відчуттях».
Регулювання роботи мозку
Чим можна пояснити цей парадокс? Відповідь має бути пов’язана з функціонуванням нейронів. Коли клітини мозку обмінюються інформацією, вони можуть змусити одна одну активізуватися (збудження) або заспокоїтися (гальмування). Очевидно, ультразвук впливає на баланс збудження і ґальмування в оброблюваній ділянці мозку.
В результаті збуджуючі імпульси розсіюються на велику відстань, тим самим даючи мозку можливість краще локалізувати місце виникнення вхідної сенсорної інформації.
Стан підвищеного чуттєвого сприйняття зник, коли дослідники змістили центр ультразвукового випромінювання лише на 1 сантиметр. Це означає, що їм вдалося отримати спосіб тонкого регулювання роботи мозкових схем, що дозволить як відслідковувати їх активність, так і лікувати мозкові порушення.
«З нейронаукою змінювати стан мозку легко, – розповідає Тайлер. – Ми можемо відвернути вас, обдурити за допомогою оптичних ілюзій, змусити вас завмерти. Стан погіршити просто, а от покращити його важко. Наше відкриття змушує вірити, що ми на правильному шляху».
Натхнення: facepla.net