123RF
Mózg człowieka ma swój „odcisk palca”
Redaktor: Iwona Konarska
Data: 20.10.2021
Źródło: Marek Matacz/PAP
| Tagi: | Enrico Amico, mózg |
Każdy ludzki mózg dzięki neuronalnym połączeniom ma unikalną budowę i aktywność. Choć wzory tych połączeń zmieniają się w czasie, to pozwalają rozpoznać poszczególnych ludzi i diagnozować choroby.
Enrico Amico z Politechniki Federalnej w Lozannie twierdzi, że mózg człowieka jest w pewnym sensie jak odcisk palca. – W mojej pracy badam sieci i połączenia działające w mózgu, szczególnie związki między różnymi jego rejonami. Chcę w ten sposób lepiej zrozumieć, jak to wszystko działa – mówi autor publikacji, która ukazała się w piśmie „Science Advances”.
– Używamy głównie skanów MRI, które mierzą aktywność mózgu w pewnym czasie – wyjaśnia. Na podstawie tych skanów badacz ze swoim zespołem tworzy grafy, które w postaci kolorowych macierzy reprezentują aktywność mózgu danej osoby.
– Cała potrzebna nam informacja jest zawarta w tych grafach nazywanych funkcjonalnym konektomem mózgu – zauważa naukowiec. Jest to jakby mapa sieci neuronów w mózgu człowieka. Można z niej np. wyczytać, co dana osoba robiła w czasie badania – czy np. odpoczywała, czy zajmowała się jakimś zadaniem.
Już kilka lat temu zespół z Yale University zauważył, że każdy ma unikalny wzór tego rodzaju. Analizując dwa grafy tworzone w odstępie kilku dni, badacze byli w stanie identyfikować ochotników z 95-procentową dokładnością. – To robi wrażenie, ponieważ do zidentyfikowania osób posłużył tylko funkcjonalny konektom, który w zasadzie jest przedstawionym w postaci punktacji zbiorem powiązań – tłumaczy dr Amico.
Badacz ze Szwajcarii postanowił pójść o krok dalej. – Do tej pory naukowcy określali mózgowe „odciski palców” na podstawie dwóch skanów MRI, które zajmowały stosunkowo dużo czasu. Czy można je uzyskać na przykład w pięć sekund, czy trzeba czekać dłużej? Co, jeśli „odciski palców” różnych części mózgu pojawią się w różnym czasie? Nikt nie znał odpowiedzi, więc przetestowaliśmy różne skale czasowe, aby sprawdzić, co się stanie – opowiada badacz.
Jego prace pozwoliły skrócić czas testów do minuty i czterdziestu sekund. – Zdaliśmy sobie sprawę, że informację potrzebną do stworzenia „odcisku palca” mózgu można uzyskać w krótkim czasie – mówi dr Amico. – Nie ma potrzeby mierzenia aktywności mózgu na przykład przez 5 minut. Krótszy czas też wystarczy – dodaje.
Jego badania wskazały też, że części mózgu są odpowiedzialne za przetwarzanie bodźców z narządów zmysłów, szczególnie odpowiadające za ruchy oczu i przetwarzanie informacji wzrokowych. Z czasem swoje unikalne wzory zaczyna też ujawniać przednia część kory mózgowej.
Odkrycia te mogą w niedalekiej przyszłości znaleźć istotne zastosowania w medycynie.
W kolejnych badaniach szwajcarski zespół chce porównywać mózgowe „odciski palców” osób zdrowych oraz cierpiących na chorobę Alzheimera.
– Nasze wstępne wyniki wskazują na to, że cechy, które czynią każdy mózg unikalnym, powoli zacierają się w ramach postępowania choroby. Coraz trudniej jest zidentyfikować takie osoby na podstawie ich konektomów. To tak, jakby osoba z chorobą Alzheimera traciła tożsamość swojego mózgu – wyjaśnia specjalista.
W podobny sposób można więc prawdopodobnie diagnozować także inne zaburzenia neurologiczne, np. autyzm, udar czy nawet uzależnienie od narkotyków. – To kolejny mały krok w stronę zrozumienia, co czyni nas wyjątkowymi. Możliwości, jakie ten wgląd niesie, są jednak nieograniczone – twierdzi dr Amico.
– Używamy głównie skanów MRI, które mierzą aktywność mózgu w pewnym czasie – wyjaśnia. Na podstawie tych skanów badacz ze swoim zespołem tworzy grafy, które w postaci kolorowych macierzy reprezentują aktywność mózgu danej osoby.
– Cała potrzebna nam informacja jest zawarta w tych grafach nazywanych funkcjonalnym konektomem mózgu – zauważa naukowiec. Jest to jakby mapa sieci neuronów w mózgu człowieka. Można z niej np. wyczytać, co dana osoba robiła w czasie badania – czy np. odpoczywała, czy zajmowała się jakimś zadaniem.
Już kilka lat temu zespół z Yale University zauważył, że każdy ma unikalny wzór tego rodzaju. Analizując dwa grafy tworzone w odstępie kilku dni, badacze byli w stanie identyfikować ochotników z 95-procentową dokładnością. – To robi wrażenie, ponieważ do zidentyfikowania osób posłużył tylko funkcjonalny konektom, który w zasadzie jest przedstawionym w postaci punktacji zbiorem powiązań – tłumaczy dr Amico.
Badacz ze Szwajcarii postanowił pójść o krok dalej. – Do tej pory naukowcy określali mózgowe „odciski palców” na podstawie dwóch skanów MRI, które zajmowały stosunkowo dużo czasu. Czy można je uzyskać na przykład w pięć sekund, czy trzeba czekać dłużej? Co, jeśli „odciski palców” różnych części mózgu pojawią się w różnym czasie? Nikt nie znał odpowiedzi, więc przetestowaliśmy różne skale czasowe, aby sprawdzić, co się stanie – opowiada badacz.
Jego prace pozwoliły skrócić czas testów do minuty i czterdziestu sekund. – Zdaliśmy sobie sprawę, że informację potrzebną do stworzenia „odcisku palca” mózgu można uzyskać w krótkim czasie – mówi dr Amico. – Nie ma potrzeby mierzenia aktywności mózgu na przykład przez 5 minut. Krótszy czas też wystarczy – dodaje.
Jego badania wskazały też, że części mózgu są odpowiedzialne za przetwarzanie bodźców z narządów zmysłów, szczególnie odpowiadające za ruchy oczu i przetwarzanie informacji wzrokowych. Z czasem swoje unikalne wzory zaczyna też ujawniać przednia część kory mózgowej.
Odkrycia te mogą w niedalekiej przyszłości znaleźć istotne zastosowania w medycynie.
W kolejnych badaniach szwajcarski zespół chce porównywać mózgowe „odciski palców” osób zdrowych oraz cierpiących na chorobę Alzheimera.
– Nasze wstępne wyniki wskazują na to, że cechy, które czynią każdy mózg unikalnym, powoli zacierają się w ramach postępowania choroby. Coraz trudniej jest zidentyfikować takie osoby na podstawie ich konektomów. To tak, jakby osoba z chorobą Alzheimera traciła tożsamość swojego mózgu – wyjaśnia specjalista.
W podobny sposób można więc prawdopodobnie diagnozować także inne zaburzenia neurologiczne, np. autyzm, udar czy nawet uzależnienie od narkotyków. – To kolejny mały krok w stronę zrozumienia, co czyni nas wyjątkowymi. Możliwości, jakie ten wgląd niesie, są jednak nieograniczone – twierdzi dr Amico.
