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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

As far as we know,

למיטב ידיעתנו,

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

רק דבר אחד במערכת השמש שלנו מתוחכם מספיק כדי לחקור את עצמו:

the human brain.

המוח האנושי.

But this self-investigation is incredibly challenging;

אבל המחקר העצמי הזה מאוד מאתגר;

a living brain is shielded by a thick skull,

מוח חי מוגן בגולגולת עבה,

swaddled in layers of protective tissue,

מוקף בשכבות של רקמות מגן,

and made up of billions of tiny, connected cells.

ומורכב ממילארדי תאים זעירים מחוברים.

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

לכן קשה כל כך לבודד אותו ולאבחן ולהבין את מחלותיו,

like Alzheimer’s.

כמו אלצהיימר.

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

אז איך אנחנו חוקרים מוחות חיים בלי להזיק לבעליהם?

We can use a trio of techniques called EEG,

אפשר להשתמש בשלוש שיטות שנקראות EEG,

fMRI,

fMRI,

and PET.

ו-PET.

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

כל שיטה מודדת דבר אחר ובעלת חוזקות וחולשות,

and we’ll look at each in turn.

ונבחן כל אחת בתורה.

First is EEG, or electroencephalography,

ראשית, ה-EEG, או אלקטרו-אנצפלוגרפיה,

which measures electrical activity in your brain.

שמודדת פעילות חשמלית במוח שלכם.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

כשתאי מוח מתקשרים, הם מייצרים גלי חשמל.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

אלקטרודות שממוקמות על הגולגולת מזהות את הגלים האלה,

and differences in the signals detected between electrodes

והבדלים באותות המזוהים באלקטרודות

provide information about what’s happening.

מספקים מידע על מה שקורה.

This technique was invented almost 100 years ago,

השיטה הזו הומצאה לפני כמעט 100 שנה,

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

והיא עדיין משמשת לאבחון מצבים כמו אפילפסיה והפרעות שינה.

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

היא גם משמשת לבחינת האזורים הפעילים במוח

during learning or paying attention.

בזמן למידה או הפעלת קשב.

EEG is non-invasive,

EEG הוא בלתי חודרני,

relatively inexpensive,

יחסית זול,

and fast:

ומהיר.

it can measure changes that occur in just milliseconds.

הוא יכול למדוד שינויים שמתרחשים תוך מילי-שניות.

Unfortunately, it’s hard to determine

למרבה הצער, קשה לקבוע

exactly where any particular pattern originates.

היכן בדיוק מתחילה כל תבנית.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

אותות חשמליים מיוצרים כל הזמן בכל רחבי המוח

and they interact with each other to produce complex patterns.

והם מתקשרים אחד עם השני כדי ליצור תבניות מורכבות.

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

שימוש ביותר אלקטרודות או באלגוריתמים מתוחכמים יכול לעזור.

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

אבל בסופו של דבר, בעוד EEG יכולה לספר לכם מתי בדיוק התרחשה פעילות מסויימת,

it can’t tell you precisely where.

היא לא יכולה לספר לכם בדיוק היכן.

To do that, you’d need another technique,

כדי לעשות זאת, אתם צריכים שיטה אחרת,

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

כמו דימות מגנטי פונקציונלי או fMRI.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

fMRI מודד באיזו מהירות חמצן נצרך על ידי תאי המוח.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

אזורים פעילים של המוח משתמשים בחמצן מהר יותר.

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

אז צפיה בסריקת fMRI בעוד אדם משלים משימות קוגניטיביות או התנהגותיות

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

יכולה לספק מידע בנוגע לאיזורים שאולי מעורבים במוח.

That allows us to study everything from how we see faces

זה מאפשר לנו לחקור הכל מאיך אנחנו רואים פנים

to how we understand what we’re feeling.

לאיך אנחנו מבינים מה אנחנו מרגישים.

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

fMRI יכול להראות במדוייק הבדלים בפעילות מוחית בדיוק של כמה מילימטרים,

but it’s thousands of times slower than EEG.

אבל הוא איטי באלפי מונים מ-EEG.

Using the two techniques together

שימוש בשתי השיטות ביחד

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

יכול לעזור להראות מתי, והיכן, מתרחשת פעילות מוחית.

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

השיטה השלישית, אפילו יותר מדוייקת, נקראת טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים PET,

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

והיא מודדת אלמנטים רדיואקטיביים שמוצגים למוח.

That sounds much scarier than it actually is;

זה נשמע הרבה יותר מפחיד ממה שזה באמת;

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

סריקות PET, כמו גם fMRI ו-EEG, בטוחות לגמרי.

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

במהלך בדיקת PET, כמות קטנה של חומר רדיואקטיבי שנקרא עוקב

is injected into the bloodstream,

מוזרקת לתוך מחזור הדם,

and doctors monitor its circulation through the brain.

ורופאים מנטרים את זרימתו במוח.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

על ידי התאמת העוקב כך שיקשר למולקולות מסויימות,

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

חוקרים יכולים להשתמש ב-PET כדי לחקור את הכימיה המורכבת במוחותינו.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

PET שימושי לחקר השפעת התרופות על המוח

and detecting diseases like Alzheimer’s.

ולזיהוי מחלות כמו אלצהיימר.

But this technique has the lowest time resolution of all

אבל לשיטה הזו רזולוצית הזמן הנמוכה ביותר מכולן

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

כי לוקח דקות עד שהעוקב יעבור בדם וניתן יהיה לראות שינוים.

These techniques collectively help doctors and scientists

השיטות האלו יחד עוזרות לרופאים ולמדענים

connect what happens in the brain with our behavior.

לקשר את מה שקורה במוח עם ההתנהגות שלנו.

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

אבל הן גם מוגבלות באי-הידיעה שלנו.

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

לדוגמה, נגיד שחוקרים מתעניינים באיך הזיכרון עובד.

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

אחרי שמבקשים מ-50 משתתפים לשנן סדרה של תמונות בעודם בתוך סורק fMRI,

the researchers might analyze the results

החוקרים אולי ינתחו את התוצאות

and discover a number of active brain regions.

ויגלו מספר אזורי פעילויות במוח.

Making a link between memory and specific parts of the brain

הקישור בין הזיכרון לחלקים מסויימים של המוח

is an important step forward.

הוא שלב חשוב קדימה.

But future research would be necessary

אבל מחקרים עתידיים יידרשו

to better understand what’s happening in each region,

כדי להבין טוב יותר מה מתרחש בכל אזור,

how they work together,

איך הם עובדים יחד,

and whether the activity is because of their involvement in memory

ואם הפעילות היא בשל המעורבות שלהן בזיכרון

or another process occurring simultaneously.

או בשל תהליך אחר המתרחש באותו זמן.

More advanced imaging and analysis technology

טכנולוגיות דימות וניתוח מתקדמות יותר

might one day provide more accurate results

יספקו אולי יום אחד תוצאות יותר מדוייקות

and even distinguish

ואפילו יבדילו

the activity of individual neurons.

בין פעילות של ניורונים בודדים.

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

עד אז, המוחות שלנו ימשיכו למדוד, לנתח ולחדש

in pursuit of that quest to understand

במרדף אחר ההבנה

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

של אחד הדברים הכי מדהימים שאי פעם נתקלנו בהם.