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

Prevodilac: Tijana Mihajlović Lektor: Ivana Krivokuća

As far as we know,

Колико знамо,

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

постоји само једна ствар у нашем Сунчевом систему

која је довољно развијена да саму себе проучава:

the human brain.

људски мозак.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Међутим, ово самоистраживање је невероватно проблематично -

a living brain is shielded by a thick skull,

људски мозак штити дебела лобања,

swaddled in layers of protective tissue,

обмотан је слојевима заштитног ткива

and made up of billions of tiny, connected cells.

и чине га милијарде сићушних, повезаних ћелија.

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

Зато је тако тешко изоловати, посматрати и разумети болести

like Alzheimer’s.

као што је Алцхајмерова.

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

Па, како проучавамо мозгове живих људи, а да не наудимо њиховим власницима?

Можемо користити три технике под називом ЕЕГ,

We can use a trio of techniques called EEG,

fMRI,

фМРИ

and PET.

и ПЕТ скенер.

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

Сваки мери различите ствари и има своје предности и мане,

and we’ll look at each in turn.

а ми ћемо се сваким од њих понаособ позабавити.

First is EEG, or electroencephalography,

Први је ЕЕГ или електроенцефалографија,

which measures electrical activity in your brain.

која мери електричну активност у мозгу.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Док мождане ћелије комуницирају, оне стварају таласе електричне енергије.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

Електроде које се стављају на лобању региструју ове таласе,

and differences in the signals detected between electrodes

а разлике у сигналима уоченим између електрода

provide information about what’s happening.

обезбеђују информације о томе шта се дешава.

This technique was invented almost 100 years ago,

Ова техника је откривена пре скоро 100 година

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

и још увек се користи за дијагностиковање болести

као што су епилепсија и поремећаји спавања.

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

Такође се користи за испитивање тога која подручја мозга су активна

during learning or paying attention.

током учења или обраћања пажње.

ЕЕГ није инвазиван,

EEG is non-invasive,

relatively inexpensive,

релативно је јефтин

and fast:

и брз:

може да измери промене које се јављају у само неколико милисекунди.

it can measure changes that occur in just milliseconds.

Unfortunately, it’s hard to determine

Нажалост, тешко је одредити

exactly where any particular pattern originates.

одакле тачно неки одређени образац потиче.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Сигнали електричне енергије стално се производе свуда у мозгу

and they interact with each other to produce complex patterns.

и улазе у међусобну интеракцију да би створили сложене обрасце.

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

У томе може помоћи коришћење више електрода

или софистицираних алгоритама за обраду података.

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

Али, напослетку, мада вам ЕЕГ може рећи када се тачно одређена активност јавља,

it can’t tell you precisely where.

не може вам тачно рећи и где се јавља.

To do that, you’d need another technique,

Да бисте то учинили, требаће вам друга техника,

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

као што је магнетна резонантна томографија или фМРИ.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

Она мери колико брзо наше мождане ћелије искористе кисеоник.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

Активна подручја мозга брже користе кисеоник.

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

Тако посматрање снимака магнетне резонанце

док особа извршава когнитивне или бихејвиоралне задатке

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

може да обезбеди информације о томе која подручја мозга могу бити укључена.

That allows us to study everything from how we see faces

То нам омогућава да проучавамо све, од тога како видимо лица

to how we understand what we’re feeling.

до тога како разумемо своје осећаје.

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

До прецизности од неколико милиметара,

фМРИ може да региструје разлике у можданој активности,

but it’s thousands of times slower than EEG.

али је хиљаде пута спорија од ЕЕГ-а.

Using the two techniques together

Удружено коришћење обе технике

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

може помоћи при откривању тога када и како се јавља неуронска активност.

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

Трећа и још прецизнија техника се зове позитронска емисиона томографија,

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

а мери радиоактивне елементе који се уносе у мозак.

That sounds much scarier than it actually is;

То звучи много страшније него што заправо јесте;

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

ПЕТ скенери, као и фМРИ и ЕЕГ, су потпуно безбедни.

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

Током снимања ПЕТ скенером, мала количина радиоактивног материјала, трејсера,

is injected into the bloodstream,

убризгава се у крвоток,

and doctors monitor its circulation through the brain.

а доктори прате његово циркулисање у мозгу.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

Модификацијом трејсера тако да се веже за одређене молекуле,

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

истраживачи могу да користе ПЕТ скенер

да проучавају сложену хемију у нашем мозгу.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

То је корисно за проучавање тога како лекови утичу на мозак

and detecting diseases like Alzheimer’s.

и за уочавање болести као што је Алцхајмерова.

But this technique has the lowest time resolution of all

Али ова техника има најлошију временску резолуцију

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

јер су потребни минути да трејсер почне да циркулише и да се промене прикажу.

These techniques collectively help doctors and scientists

Ове технике заједно помажу докторима и научницима

connect what happens in the brain with our behavior.

да повежу оно што се дешава у мозгу са нашим понашањем.

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

Али, они су и ограничени и количином онога што још увек не знамо.

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

Рецимо да су истраживачи

заинтересовани за проучавање функционисања нашег памћења.

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

Након што ће од 50 учесника затражити

да запамте низове слика док су под магнетном резонанцом,

the researchers might analyze the results

истраживачи ће можда анализирати резултате

and discover a number of active brain regions.

и открити већи број активних можданих регија.

Making a link between memory and specific parts of the brain

Повезивање памћења и одређених делова мозга

is an important step forward.

представља важан корак напред.

But future research would be necessary

Али, будућа истраживања ће бити неопходна

to better understand what’s happening in each region,

да би се боље разумело шта се дешава у сваком подручју,

how they work together,

како удружено раде

and whether the activity is because of their involvement in memory

и да ли се активност дешава због њихове укључености у памћењу

or another process occurring simultaneously.

или другим процесима који се истовремено јављају.

More advanced imaging and analysis technology

Напреднија технологија снимања и анализе

might one day provide more accurate results

можда ће једног дана обезбедити прецизније резултате,

and even distinguish

па чак и разлучити активности појединачних неурона.

the activity of individual neurons.

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

До тада, наш мозак ће наставити да мери, анализира и ствара иновације

in pursuit of that quest to understand

у потрази за разумевањем

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

једне од најизузетнијих ствари са којом смо се икада сусрели.