How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

Fordító: Ádám Kósa Lektor: Péter Pallós

As far as we know,

Amennyire tudjuk,

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

naprendszerünkben nincs kifinomultabb és önmagában is vizsgálható dolog

the human brain.

az emberi agynál.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Viszont e "magánnyomozás" hatalmas kihívásokkal teli.

a living brain is shielded by a thick skull,

Az élő agyat vastag koponya védi,

swaddled in layers of protective tissue,

védőszövetek rétegei pólyázzák be,

and made up of billions of tiny, connected cells.

és milliárd parányi összekapcsolt sejtből áll.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

Ezért annyira nehéz elkülöníteni, megfigyelni, betegségeit –

like Alzheimer’s.

pl. az Alzheimert – megérteni.

So how do we study living brains without harming their owners?

Hogyan vizsgálunk tehát élő agyat, hogy kárt ne tegyünk a tulajdonosában?

We can use a trio of techniques called EEG,

Használhatjuk a módszerek hármasát, azaz az EEG-t,

fMRI,

fMRI-t,

and PET.

és a PET-et.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

Mindegyikük mást mér, más erősségeik, gyengeségeik vannak.

and we’ll look at each in turn.

Tekintsük át őket külön-külön!

First is EEG, or electroencephalography,

Elsőként az EEG-t vagy az elektroenkefalográfiát,

which measures electrical activity in your brain.

amely az agy elektromos tevékenységét méri.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Az agysejtek kommunikációja elektromos hullámokat kelt.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

A koponyára helyezett elektródák felfogják ezeket a hullámokat,

and differences in the signals detected between electrodes

s az elektródák közt érzékelt jeleltérések

provide information about what’s happening.

tájékoztatnak az agytevékenységről.

This technique was invented almost 100 years ago,

E módszert közel 100 éve találták fel,

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

és kórok, pl. epilepszia, alvászavarok diagnosztizálásra használják még mindig.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

Tanulás vagy figyelem során élénk agyi területek feltárására

during learning or paying attention.

szintén használják.

EEG is non-invasive,

Az EEG noninvazív,

relatively inexpensive,

viszonylag olcsó,

and fast:

és gyors.

it can measure changes that occur in just milliseconds.

Ezredmásodpercnyi változásokat is képes mérni.

Unfortunately, it’s hard to determine

Sajnos, nehéz meghatározni,

exactly where any particular pattern originates.

hogy pontosan honnan erednek bizonyos mintázatok.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Elektromos jelek mindenhol folyamatosan keletkeznek az agyban,

and they interact with each other to produce complex patterns.

és összetett mintázatok létrehozásához kapcsolatba lépnek egymással.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

Több elektróda vagy kifinomultabb adatfeldolgozó algoritmus segíthet.

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

De végül is, az EEG pontosan megmondja, mikor tevékeny az agy,

it can’t tell you precisely where.

de azt nem, hogy melyik része.

To do that, you’d need another technique,

Ahhoz másik módszerre van szükség.

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

Például a funkcionális mágneses rezonanciavizsgálatra vagy fMRI-re.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

Az fMRI az agysejtek oxigénfelvételének sebességét méri.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

A tevékeny agyterületek gyorsabban használják fel az oxigént.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

Kognitív vagy viselkedési feladatokat végző személy fMRI-jét nézve

can provide information about which regions of the brain might be involved.

tájékozódhatunk arról, mely agyterületek jöhetnek szóba.

That allows us to study everything from how we see faces

Ezáltal az arcfelismeréstől kezdve az érzelmek megértéséig

to how we understand what we’re feeling.

mindent vizsgálni tudunk.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

Az fMRI néhány milliméteres pontossággal mutatja ki az agytevékenység eltéréseit,

but it’s thousands of times slower than EEG.

de ezerszer lassabb, mint az EEG.

Using the two techniques together

A két módszer együttes használata

can help show when, and where, neural activity is occurring.

kimutatja az idegtevékenység előfordulásának helyét, idejét.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

A harmadik, még pontosabb módszer a pozitronemissziós tomográfia, a PET,

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

az agyba bejuttatott radioaktív elemeket méri.

That sounds much scarier than it actually is;

Ami ijesztőbben hangzik, mint amilyen valójában.

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

A PET-szkenner, csakúgy mint az fMRI és az EEG, teljesen biztonságos.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

PET-szkenneléskor egy kevés radioaktív anyagot,

is injected into the bloodstream,

ún. nyomjelző izotópot juttatnak a véráramba.

and doctors monitor its circulation through the brain.

Az orvosok pedig figyelik, ez hogyan kering az agyban.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

A nyomjelző izotópokat módosítva egyes molekulákhoz köthetjük,

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

így agyunk összetett kémiáját PET-tel képesek vizsgálni a kutatók.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

Használható drogok hatásvizsgálatára,

and detecting diseases like Alzheimer’s.

kórfelismerésben, pl. Alzheimernél.

But this technique has the lowest time resolution of all

De ennek a módszernek a legkisebb az időbeli felbontása,

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

mert percekbe telik, amíg a nyomjelző izotóp körbejár, és a változások kitűnnek.

These techniques collectively help doctors and scientists

E módszerek együttesen segítik az orvosokat és kutatókat

connect what happens in the brain with our behavior.

az agy történesei és viselkedésünk összekapcsolásában.

But they’re also limited by how much we still don't know.

Ám a még ismeretlen területek határt szabnak nekik.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

A kutatókat pl. érdekli az emlékezet működésének vizsgálata.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

Miután képsorozatok memorizálására kértek 50, MRI-szkenner alatti résztvevőt,

the researchers might analyze the results

a kutatók elemezhetik az eredményeket,

and discover a number of active brain regions.

sok tevékeny agyterületet tárhatnak fel,

Making a link between memory and specific parts of the brain

de kapcsolatot teremteni az emlékezet és adott agyi régió között

is an important step forward.

már jelentős előrelépés lenne.

But future research would be necessary

De további kutatások kellenének,

to better understand what’s happening in each region,

hogy jobban megértsük, mi zajlik egy-egy területen,

how they work together,

hogyan működnek együtt,

and whether the activity is because of their involvement in memory

és hogy az emlékezet váltja-e ki az agytevékenységet,

or another process occurring simultaneously.

vagy más folyamatok is közrejátszanak egyidejűleg.

More advanced imaging and analysis technology

Még fejlettebb képalkotó és elemző technológiák

might one day provide more accurate results

talán egy nap még pontosabb eredményekkel szolgálnak,

and even distinguish

sőt szétválaszthatják

the activity of individual neurons.

még az egyes idegsejtek tevékenységét.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

Addig is agyunk tovább mér, elemez, újít,

in pursuit of that quest to understand

hogy valaha majd megértsük

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

az általunk ismert leginkább figyelemre méltó dolgok egyikét.