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

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Rawee Ma

As far as we know,

เท่าที่เรารู้

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

มีอยู่อย่างเดียวในระบบสุริยจักรวาลนี้ ที่ซับซ้อนมากเสียจนมันศึกษาตัวมันเองได้

the human brain.

นั่นก็คือสมองของมนุษย์

But this self-investigation is incredibly challenging;

แต่การสำรวจตัวเองนี้ เป็นความท้าทายอย่างหนึ่ง

a living brain is shielded by a thick skull,

เพราะว่าสมองที่ยังทำงานอยู่นั้น ถูกป้องกันไว้ด้วยกระโหลกหนา

swaddled in layers of protective tissue,

ห่อหุ้มด้วยชั้นกล้ามเนื้อที่ให้การป้องกัน

and made up of billions of tiny, connected cells.

และประกอบด้วยเซลล์กว่าร้อยล้านเซลล์ ที่เชื่อมต่อกัน

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

นั่นคือสาเหตุที่การแยกเซลล์ การสังเกต และการศึกษาโรค

like Alzheimer’s.

อย่างเช่น อัลไซเมอร์ ทำได้ยากมาก

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

เราจะศึกษาสมองที่ยังทำงานอยู่นี้ได้อย่างไร โดยไม่ทำให้เจ้าของสมองได้รับบาดเจ็บ

We can use a trio of techniques called EEG,

เราใช้เทคนิคสามอย่างได้แก่ EEG

fMRI,

fMRI

and PET.

และ PET

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

แต่ละอย่างทำการวัดสิ่งที่แตกต่างกัน และมีข้อได้เปรียบเสียเปรียบต่างกัน

and we’ll look at each in turn.

และเราจะลองมาดูกันทีละอย่าง

First is EEG, or electroencephalography,

อย่างแรก EEG หรือ อิเล็กโทรเซฟาโลกราฟี

which measures electrical activity in your brain.

ซึ่งวัดการกระตุ้นทางกระแสไฟฟ้า ในสมองของคุณ

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

เมื่อเซลล์สมองสื่อสารกัน พวกมันจะส่งคลื่นกระแสไฟฟ้าออกมา

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

อิเล็กโทรดที่วางอยู่บนกระโหลก จะรับคลื่นเหล่านี้

and differences in the signals detected between electrodes

และความแตกต่างของสัญญาณ ที่ถูกตรวจจับระหว่างอิเล็กโทรด

provide information about what’s happening.

จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น

This technique was invented almost 100 years ago,

เทคนิคนี้ถูกประดิษฐ์ขึ้น มากว่า 100 ปีแล้ว

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

และมันยังคงถูกใช้เพื่อวินิจฉัยอาการอย่าง ลมบ้าหมู หรือความผิดปกติในการนอนหลับ

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

มันยังถูกใช้เพื่อสำรวจว่าบริเวณใดในสมอง ที่กำลังทำงานอยู่

during learning or paying attention.

ระหว่างการเรียนรู้หรือการให้ความสนใจ

EEG is non-invasive,

EEG ไม่ทำให้เกิดบาดแผล

relatively inexpensive,

ราคาไม่แพงนัก

and fast:

และรวดเร็ว

it can measure changes that occur in just milliseconds.

มันสามารถวัดความเปลี่ยนแปลง ที่เกิดขึ้นได้ในเวลาเพียงเสี้ยววินาที

Unfortunately, it’s hard to determine

น่าเสียดาย มันยากที่จะคาดคะเน ได้อย่างแม่นยำ

exactly where any particular pattern originates.

ว่ารูปแบบแต่ละรูปแบบนั้น เกิดขึ้นจากที่ใด

Electrical signals are generated constantly all over the brain

สัญญาณไฟฟ้าถูกผลิตขึ้นอย่างต่อเนื่อง ไปทั่วทั้งสมอง

and they interact with each other to produce complex patterns.

และพวกมันมีปฏิสัมพันธ์ต่อกันและกัน เพื่อทำให้เกิดเป็นรูปแบบที่ซับซ้อน

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

เราอาจใช้อิเล็กโทรดมากกว่านี้หรือ อัลกอริธึมการประมวลข้อมูลที่ซับซ้อนช่วยได้

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

แต่ท้ายที่สุดแล้ว EEG สามารถบอกคุณ ได้ว่าเมื่อใดที่บริเวณนั้น ๆ เกิดการทำงาน

it can’t tell you precisely where.

แต่มันบอกไม่ได้ว่าตรงไหน

To do that, you’d need another technique,

เพื่อที่จะหาคำตอบ คุณต้องใช้อีกเทคนิคหนึ่ง

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

เช่น การทำให้เกิดภาพโดยการสั่นพ้อง เชิงการทำงาน หรือ fMRI

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

fMRI วัดว่าออกซิเจนถูกใช้โดยเซลล์สมอง รวดเร็วแค่ไหน

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

บริเวณที่มีการทำงานของสมอง ใช้ออกซิเจนรวดเร็วกว่า

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

ฉะนั้นการดูผลสแกน fMRI ของผู้ที่มีสติสัมปชัญญะ หรือสมองทำงานเชิงพฤติกรรมครบถ้วน

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

สามารถให้ข้อมูลว่าบริเวณใดของสมอง ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานนั้น ๆ

That allows us to study everything from how we see faces

และทำให้เราสามารถศึกษาด้วยการดูสีหน้า

to how we understand what we’re feeling.

ไปจนถึงการเข้าใจว่าเรารู้สึกอย่างไร

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

fMRI สามารถบ่งชี้ความแตกต่าง ในการทำงานของสมองได้ภายในเสี้ยววินาที

but it’s thousands of times slower than EEG.

แต่ช้ากว่า EEG เป็นพันเท่า

Using the two techniques together

การใช้สองเทคนิคนี้ร่วมกัน

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

สามารถช่วยแสดงว่า เมื่อใดและที่ใด ที่เกิดการทำงานทางประสาท

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

เทคนิคอย่างที่สาม มีความละเอียดยิ่งกว่านั้น มันมีชื่อว่า โทโมกราฟีการปลดปล่อยโพซิตรอน

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

และมันวัดสารกัมมันตรังสี ที่ถูกนำเข้าไปในสมอง

That sounds much scarier than it actually is;

มันฟังดูน่ากลัวอยู่ไม่ใช่น้อย แต่จริง ๆ มันไม่ได้น่ากลัวขนาดนั้น

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

ผลสแกน PET มีความปลอดภัย ไม่ต่างจาก fMRI และ EEG

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

ระหว่างการสแกน PET สารกัมมันตรังสี ปริมาณที่น้อยที่เรียกว่า ตัวติดตาม

is injected into the bloodstream,

ถูกฉีดเข้าไปในกระแสเลือด

and doctors monitor its circulation through the brain.

และหมอจะติดตามการไหลเวียนผ่านสมองของมัน

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

นักวิจัยสามารถใช้ PET เพื่อศึกษา เคมีที่ซับซ้อนของสมองได้

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

ด้วยการดัดแปลงตัวติดตาม ให้จับกับโมเลกุลจำเพาะ

It’s useful for studying how drugs affect the brain

มันมีประโยชน์สำหรับการศึกษาว่า ยามีผลต่อสมองอย่างไร

and detecting diseases like Alzheimer’s.

และตรวจจับโรคอย่างอัลไซเมอร์

But this technique has the lowest time resolution of all

แต่เทคนิคนี้ใช้เวลามากที่สุด

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

เพราะว่ากว่าตัวติดตามจะไหลเวียนไปทั่ว และแสดงความเปลี่ยนแปลงก็ใช้เวลาหลายนาที

These techniques collectively help doctors and scientists

เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้แพทย์และนักวิทยาศาสตร์

connect what happens in the brain with our behavior.

มีความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่าง สิ่งที่เกิดขึ้นในสมองกับพฤติกรรมของเรา

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

แต่พวกเขายังไม่รู้อะไรอีกมาก

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

ยกตัวอย่างเช่น นักวิจัยที่ต้องการศึกษาว่า ความทรงจำเกิดขึ้นได้อย่างไร

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

หลังจากของให้ผู้เข้าร่วม 50 คน จดจำชุดรูปภาพในขณะที่อยู่ใน MRI

the researchers might analyze the results

นักวิจัยอาจวิเคราะห์ผลลัพธ์

and discover a number of active brain regions.

และพบว่ามีหลายบริเวณของสมอง ที่มีการทำงาน

Making a link between memory and specific parts of the brain

ความสัมพันธ์ระหว่างความทรงจำ และส่วนจำเพาะในสมอง

is an important step forward.

จะเป็นก้าวสำคัญในการศึกษาต่อไป

But future research would be necessary

แต่การวิจัยในอนาคตจำเป็นจะต้อง

to better understand what’s happening in each region,

ทำความเข้าใจให้มากขึ้น ว่าเกิดอะไรขึ้นบ้างในแต่ละบริเวณ

how they work together,

พวกมันทำงานด้วยกันอย่างไร

and whether the activity is because of their involvement in memory

และการทำงานนี้เกิดขึ้นเพราะ มันเกี่ยวข้องกับความทรงจำ

or another process occurring simultaneously.

หรือกระบวนการอื่น ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องกัน

More advanced imaging and analysis technology

เทคโนโลยีการถ่ายภาพและการวิเคราะห์ ที่ล้ำสมัยกว่านี้

might one day provide more accurate results

วันหนึ่งอาจทำให้เรา ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำกว่านี้

and even distinguish

และอาจระบุได้ถึงระดับ

the activity of individual neurons.

การทำงานของแต่ละเซลล์สมอง

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

จนกว่าจะถึงตอนนั้น สมองของเราจะยังวัด วิเคราะห์ และสร้างสรรค์

in pursuit of that quest to understand

เพื่อดำเนินภาระกิจที่จะทำความเข้าใจ

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

สิ่งหนึ่งที่มหัศจรรย์ยิ่ง เท่าที่เราเคยได้รู้จักมา