Nguồn: Phòng thí nghiệm Suthana, UCLA.

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã ghi lại cách bộ não của chúng ta điều hướng không gian vật lý và theo dõi vị trí của người khác.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chiếc ba lô đặc biệt để theo dõi không dây sóng não của các bệnh nhân động kinh khi mỗi người đi quanh một căn phòng trống để tìm kiếm một vị trí khuất, bằng hai chân.

Trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature, các nhà khoa học báo cáo rằng các sóng chảy theo một mô hình riêng biệt cho thấy rằng não của mỗi cá nhân đã vạch ra các bức tường và các ranh giới khác.

Điều thú vị là, sóng não của mỗi người tham gia truyền theo cách tương tự khi họ ngồi trong góc phòng và quan sát người khác đi lại, cho thấy những sóng này cũng được sử dụng để theo dõi chuyển động của người khác.

Nghiên cứu này là một phần của Nghiên cứu Não bộ của NIH thông qua Sáng kiến ​​Công nghệ thần kinh cải tiến ® (BRAIN).

“Lần đầu tiên chúng tôi có thể trực tiếp nghiên cứu cách bộ não của một người điều hướng trong không gian vật lý thực tế được chia sẻ với những người khác,” Nanthia Suthana, Tiến sĩ, trợ lý giáo sư phẫu thuật thần kinh và tâm thần học tại Trường Y David Geffen cho biết. tại Đại học California, Los Angeles (UCLA) và là tác giả cao cấp.

“ Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng bộ não của chúng ta có thể sử dụng một mã chung để biết chúng ta và những người khác đang ở đâu trong môi trường xã hội.”

Phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Suthana nghiên cứu cách bộ não kiểm soát việc học và trí nhớ. Trong nghiên cứu này, nhóm của cô đã làm việc với một nhóm người tham gia mắc chứng động kinh kháng thuốc, 31-52 tuổi, những người có não đã được phẫu thuật cấy ghép các điện cực để kiểm soát các cơn co giật của họ.

Các điện cực nằm trong một trung tâm ghi nhớ trong não được gọi là thùy thái dương trung gian, cũng được cho là có chức năng kiểm soát sự điều hướng, ít nhất là ở loài gặm nhấm.

Trong nửa thế kỷ qua, các nhà khoa học, trong đó có ba người đoạt giải Nobel, đã phát hiện – hết thí nghiệm này đến thí nghiệm khác – các tế bào thần kinh trong thùy này, được gọi là tế bào lưới và tế bào vị trí, hoạt động giống như một hệ thống định vị toàn cầu.

Hơn nữa, các nhà khoa học phát hiện ra rằng sóng tần số thấp của hoạt động thần kinh của các tế bào này, được gọi là nhịp theta, giúp loài gặm nhấm biết chúng và những người khác đang ở đâu khi chạy qua mê cung hoặc bơi xung quanh một hồ nước nông.

“Một số bằng chứng gián tiếp hỗ trợ vai trò của thùy thái dương trung gian trong cách chúng ta điều hướng. Nhưng về mặt kỹ thuật, việc thử nghiệm những ý tưởng này trở nên khó khăn hơn ”, Matthias Stangl, Ph.D., một học giả sau tiến sĩ tại UCLA và là tác giả chính của bài báo cho biết.

Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng trực tiếp nhất cho đến nay ủng hộ những ý tưởng này ở người và nó được thực hiện nhờ một chiếc ba lô đặc biệt mà nhóm của Tiến sĩ Suthana đã phát minh ra như một phần của dự án Sáng kiến ​​NIH BRAIN.

“Nhiều đột phá quan trọng nhất trong nghiên cứu não bộ đã được khơi mào bởi những tiến bộ công nghệ.

Đây là tất cả những gì Sáng kiến ​​NIH BRAIN hướng tới. Nó thách thức các nhà nghiên cứu tạo ra các công cụ mới và sau đó sử dụng những công cụ đó để cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về não bộ và các rối loạn não bộ, ”John Ngai, Ph.D., giám đốc Sáng kiến ​​BRAIN của NIH cho biết.

Về cơ bản, ba lô chứa một hệ thống máy tính có thể kết nối không dây với các điện cực được phẫu thuật cấy vào đầu bệnh nhân.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng máy tính có thể được kết nối đồng thời với một số thiết bị khác, bao gồm kính thực tế ảo, thiết bị theo dõi mắt và theo dõi tim, da và nhịp thở.

“Cho đến nay, cách duy nhất để nghiên cứu trực tiếp hoạt động não bộ của con người là yêu cầu đối tượng phải nằm yên, hoặc nằm trong một máy quét não lớn hoặc được kết nối với một thiết bị ghi điện.

Vào năm 2015, Tiến sĩ Suthana đã tìm đến tôi với ý tưởng giải quyết vấn đề này và vì vậy chúng tôi đã có cơ hội làm một chiếc ba lô, ”Uros Topalovic, MS, một nghiên cứu sinh tại UCLA và là tác giả của nghiên cứu cho biết.

“Ba lô giải phóng bệnh nhân và cho phép chúng tôi nghiên cứu cách não hoạt động trong các chuyển động tự nhiên.”

Để xem xét vai trò của thùy thái dương trung gian trong việc điều hướng, các nhà nghiên cứu đã yêu cầu những người tham gia nghiên cứu đeo ba lô và bước vào một căn phòng trống rộng 330 foot vuông.

Mỗi bức tường được xếp bằng một dãy gồm năm biển báo màu được đánh số từ 1 đến 5, mỗi bức tường một màu. Thông qua một chiếc loa gắn trên trần nhà, một giọng nói được vi tính hóa yêu cầu bệnh nhân đi đến một trong các bảng chỉ dẫn.

Khi họ đến bảng chỉ dẫn, giọng nói đó yêu cầu họ tìm kiếm một vị trí có đường kính 2 feet được giấu ở đâu đó trong phòng. Trong khi đó, chiếc ba lô ghi lại sóng não, đường đi qua phòng và chuyển động mắt của bệnh nhân.

Ban đầu, mỗi người cần vài phút để tìm thấy ngay tại chỗ. Trong các thử nghiệm tiếp theo, thời gian rút ngắn do trí nhớ của họ về vị trí điểm được cải thiện.

Những bản ghi điện tiết lộ một mô hình khác biệt trong hoạt động của não. Nhịp điệu theta chảy mạnh hơn – với đỉnh cao hơn và thung lũng thấp hơn – khi những người tham gia đến gần một bức tường hơn là khi họ đi lang thang ở giữa phòng.

Điều này chỉ xảy ra khi họ đang tìm kiếm vị trí. Ngược lại, các nhà nghiên cứu không thấy mối tương quan giữa cường độ nhịp điệu theta và vị trí khi những người tham gia đi theo hướng dẫn đi bộ đến các biển báo màu trên tường.

“Những kết quả này ủng hộ ý tưởng rằng trong một số trạng thái tinh thần, nhịp điệu của theta có thể giúp não biết ranh giới nằm ở đâu. Trong trường hợp này, đó là lúc chúng ta tập trung và tìm kiếm thứ gì đó, ”Tiến sĩ Stangl nói.

Phân tích sâu hơn đã hỗ trợ kết luận này và giúp loại trừ khả năng kết quả là do các yếu tố khác gây ra, chẳng hạn như hoạt động liên quan đến chuyển động mắt, cơ thể hoặc đầu khác nhau.

Thật kỳ lạ, họ đã thấy kết quả tương tự khi những người tham gia theo dõi người khác tìm kiếm vị trí. Trong các thí nghiệm này, những người tham gia sẽ ngồi trên một chiếc ghế ở góc phòng, đeo ba lô và đặt tay gần bàn phím.

Các bệnh nhân biết vị trí của điểm ẩn và họ nhấn một nút trên bàn phím bất cứ khi nào người khác đến đó.

Một lần nữa, sóng não của người tham gia phát ra mạnh nhất khi người kia đến gần bức tường hoặc điểm đó và mô hình này chỉ xuất hiện khi người đó đang đi săn chứ không phải theo hướng cụ thể.

Tiến sĩ Suthana cho biết: “Kết quả của chúng tôi ủng hộ ý tưởng rằng bộ não của chúng ta có thể sử dụng các mô hình sóng này để đặt mình vào vị trí của người khác. “Kết quả mở ra cánh cửa giúp chúng ta hiểu cách bộ não của chúng ta kiểm soát việc điều hướng và có thể là các tương tác xã hội khác”.

Nhóm của Tiến sĩ Suthana có kế hoạch khám phá những ý tưởng này sâu hơn. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã cung cấp chiếc ba lô này cho các nhà nghiên cứu khác, những người muốn tìm hiểu thêm về não và các chứng rối loạn não.

Năm nay, hơn 175 nhóm nghiên cứu đã nhận được tài trợ từ NIH để hỗ trợ nhiều dự án khác nhau, từ lập bản đồ các mạch thần kinh điều khiển những gì một con bạch tuộc nhìn thấy đến giúp những người bị liệt do chấn thương tủy sống lấy lại cử động bằng cách nâng cấp các chương trình máy tính điều khiển thần kinh. các thiết bị kích thích.

Nguồn: knowridge