В сотрудничестве между шведскими и итальянскими исследователями цель состояла в том, чтобы проанализировать, как мозг интерпретирует информацию из виртуального опыта прикосновения, созданного протезом пальца с искусственным ощущением. Результатом стал – совершенно неожиданный – новый метод измерения здоровья мозга.
"Нам удалось очень точно и подробно измерить взаимодействие между нейронными сетями. Мы также можем видеть, как вся сеть меняется при поступлении новой информации", говорит исследователь нейробиологии Хенрик Йорнтелл из Лундского университета в Швеции.
Группа из Пизы-Лунда создала опыт искусственного прикосновения с помощью бионического кончика пальца, который в настоящее время используется для роботизированных нейропротезов верхних конечностей. Эти искусственные прикосновения были обеспечены сенсорными сенсорными нервами кожи крысы как своего рода нейробиологическое воспроизведение информации в мозг. Используя анализ с высоким разрешением того, как отдельные нейроны и связанные с ними сети мозга обрабатывали эту сенсорную информацию, разработанный нейрокомпьютерным ученым Альберто Маццони и ученым-физиком Антоном Спанне, группы получили неожиданное понимание мозговых репрезентаций внешнего мира, воспринимаемого посредством прикосновения. Отдельные нейроны в головном мозге способны передавать гораздо больше информации, чем считалось ранее, и могут взаимодействовать, создавая потенциально супербогатые представления сенсорных стимулов.
"Эти знания будут воплощены в новом поколении чувствительных роботизированных рук, способных передавать точную тактильную информацию инвалидам, – говорит ведущий биороботик Калоджеро Оддо. Такие роботизированные руки с человеческим богатством прикосновений также используются для выполнения сложных задач в хирургических роботах, спасательных службах и промышленности."
Функция мозга состоит из сложных нейронных сетей. В случаях неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, инсульт и болезнь Паркинсона, функция этих сетей изменяется. Однако было трудно точно изучить, что происходит, а также оценить различные методы лечения. Метод, разработанный шведскими и итальянскими исследователями, может означать большой шаг вперед в этом отношении.
Протез был создан для прикосновения к различным объектам, которые генерируют разные образцы электрических сигналов. Впоследствии они были введены в часть лапы анестезированной крысы, а затем с помощью электродов в мозгу и передовых аналитических методов исследователи смогли измерить реакции в нейронных сетях. Им удалось записать реакции с очень высоким разрешением, поскольку электрические сигналы тщательно контролировались и, следовательно, могли передаваться несколько раз с точной воспроизводимостью.
"Если вы используете реальный опыт прикосновения, невозможно каждый раз достигать одних и тех же условий. Достаточно, например, чтобы стимул, вызывающий ощущение прикосновения, прошел примерно на десять микрометров по коже, чтобы нейронные паттерны были совершенно разными", говорит Хенрик Йорнтелл.
Для итальянской группы и для всех, кто занимается исследованиями современных протезов, этот метод предоставляет новый инструмент для изучения ощущений, которые могут дать протезы. Что касается исследователей из Лунда, этот метод предоставляет инструмент для изучения взаимодействия нейронов внутри здорового мозга и на животных моделях с различными неврологическими заболеваниями. Тот факт, что сотрудничество включает осязание, в этом контексте менее важен; когда речь идет о неврологических заболеваниях (и даже если повреждение носит локальный характер, как в случае инсульта), вся нейронная сеть нарушается. Таким образом, реакция мозга на сенсорные впечатления может отражать здоровье всего мозга.
"Инструмент уникален своим разрешением, способностью точно так же воспроизводить тесты и тем, что активность мозга может быть измерена объективно и точно", говорит Хенрик Йорнтелл.