9 ความก้าวหน้าทางประสาทวิทยาที่สำคัญของปี 2020

แม้ว่ามันจะเป็นปีที่ยากลำบากสำหรับสาขาวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ ยุคทองของประสาทวิทยาศาสตร์ ยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องอย่างรวดเร็วตลอดปี 2563 โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีหลายไซไฟเช่นการพัฒนาเพื่อทำแผนที่สมองของเราการพัฒนาที่สำคัญสำหรับการปรับปรุงสุขภาพของมนุษย์ มาดูการค้นพบทางประสาทวิทยา 9 แห่งของปีที่ผ่านมา

1. การทำแผนที่ฟังก์ชั่นสมอง 3 มิติสด

เมื่อต้นปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ MIT ได้พัฒนา เทคนิคใหม่ ในการจับคู่การทำแผนที่โครงสร้าง (กายวิภาคของสมอง) กับการทำแผนที่การทำงาน (วิธีการทำงานของสมอง) - ครั้งแรกที่ได้รับความสำเร็จอย่างเหมาะสม นอกจากนี้สิ่งนี้ได้ทำในหนูสดด้วยการทำแผนที่ที่ดำเนินการข้ามภูมิภาคสมองของเมาส์แบบเรียลไทม์ วิดีโอนี้ให้ความคิดว่ามันน่าสนใจแค่ไหนที่จะเห็นการมีเพศสัมพันธ์ของโครงสร้างสมองและการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมสดเพื่อตอบสนองต่อเมาส์ที่แสดงภาพที่แตกต่างกัน

เทคนิค Vanguard ผสมผสานกล้องจุลทรรศน์สามโฟตอนที่สาม ( THG ) ด้วยกล้องจุลทรรศน์สามโฟตอนกับ การทำแผนที่ retinotopic ช่วยให้กิจกรรมสามารถสังเกตได้ผ่านเนื้อเยื่อสมองลึกผ่านลายเซ็นไฟฟ้า

นอกจากนี้ยังให้ความละเอียดที่น่าทึ่งช่วยให้เซลล์ประสาทส่วนบุคคลและโครงสร้างย่อยของพวกเขาได้รับการศึกษารวมถึงหลอดเลือดและ ไมอีลิน - ฉนวนชนิดหนึ่งที่รู้จักกันว่าเป็นปัจจัยสำคัญในความเร็วในการประมวลผลสมอง

การศึกษาครั้งนี้มุ่งเน้นไปที่ศูนย์ภาพของสมอง แต่วิธีเดียวกันสามารถใช้ในการศึกษาภูมิภาคอื่น ๆ มันสัญญาว่าจะเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการทำความเข้าใจความแตกต่างในสภาวะสมองที่มีสุขภาพดีและเป็นโรครวมถึงวิธีที่สมองตอบสนองต่อการกระตุ้นสิ่งแวดล้อม

2. เห็นการตัดสินใจที่เกิดขึ้นในสมอง

มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดสร้างความก้าวหน้าที่สำคัญด้วย กล้องจุลทรรศน์ bifocal ที่เรียก ว่า Cosmos งานของพวกเขาจับภาพยนตร์ของกิจกรรมประสาททั่วทั้งเยื่อหุ้มสมองสมองของสมองเมาส์

สัญญาณเหล่านี้ถูกบันทึกโดยการถ่ายทำสมองจากมุมที่แตกต่างกันสามมุมจากนั้นทำการสกัดสัญญาณเพื่อให้วิดีโอสดของกิจกรรม macroscopic เหนือซีกซ้ายและขวา นี่คือตัวอย่างที่คุณเห็นพายุไฟฟ้าที่น่าทึ่งของสมองที่แท้จริงในการดำเนินการ

ในขณะที่ เยื่อหุ้มสมอง จัดการฟังก์ชั่นการรับรู้ระดับสูงที่ซับซ้อนพฤติกรรมลึกลับที่ลึกลับยิ่งขึ้นเช่นกระบวนการตัดสินใจสามารถเริ่มคลี่คลายได้ในทางโลก ตัวอย่างเช่นสำหรับการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ของการตัดสินใจขึ้นอยู่กับการรับรู้ทางประสาทสัมผัสและฟังก์ชั่นมอเตอร์ (คิดเกี่ยวกับสิ่งที่เกี่ยวข้องในการตัดสินใจว่าจะหลบรถที่กำลังจะมาถึง)

นักวิจัยยังคาดหวังว่าจักรวาลจะเป็นวิธีที่มีต้นทุนต่ำสำหรับการคัดกรองผลกระทบของยาจิตเวชเพื่อให้พวกเขาสามารถพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

3. การนอนหลับเพื่อสมองเทียม

ดังที่เราได้กล่าวถึงใน บล็อกก่อนหน้านี้ ความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับ Deep Mind นั้นมาจากการเลียนแบบคอลัมน์นีโอ-คอลัมน์ของจิตใจมนุษย์ สิ่งนี้นำไปสู่ความฉลาดที่เพิ่มขึ้นอย่างมากโดยใช้เศษเสี้ยวของพลังการคำนวณ เป็นผลให้ AI ที่มนุษย์สร้างขึ้นใหม่นี้ได้ผ่านการเล่นหมากรุกที่ดีที่สุดในโลกไปแล้วไปเล่นเกมในเกมของพวกเขาเอง

แม้ว่าจะไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่การนอนหลับก็ให้ฟังก์ชั่นที่สำคัญสำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสมอง ของ มนุษย์ ในปีนี้ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสค้นพบว่าเครือข่ายการคำนวณแบบ spiking ของระบบ AI ยังประสบกับการลิดรอนการนอนหลับซึ่งไม่มั่นคงเมื่อดำเนินการเป็นเวลานานโดยไม่ต้องพักผ่อน แต่เมื่อใส่เข้าไปในสถานะเครือข่ายที่คล้ายกับคลื่นสมองที่เราพบในระหว่างการนอนหลับการทำงานที่ดีที่สุดจะได้รับการฟื้นฟู

สิ่งนี้อาจฟังดูเป็นเรื่องใหญ่ แต่ความก้าวหน้าใน AI มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนวิธีที่เราตลอดชีวิตของเรา การค้นพบนี้ยังบอกใบ้ว่าสาขาวิชาประสาทวิทยาและสนาม AI สามารถให้ยุคใหม่ของคอมพิวเตอร์อัจฉริยะสุดยอดได้

4. การฝังตัวเล็ก ๆ ช่วยให้ผู้ป่วยที่เป็นอัมพาตสามารถควบคุมคอมพิวเตอร์ได้

อุปกรณ์ สมองขนาดเล็ก ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของผู้ป่วยในชีวิตที่มีอัมพาตแขนขาที่รุนแรงที่เกิดจากโรคเซลล์ประสาทมอเตอร์ ดำเนินการที่มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น การทดลองครั้งนี้ ได้ปลูกฝังเทคโนโลยีไมโครใหม่ภายในสมองของผู้เข้าร่วม

อุปกรณ์ที่เรียกว่า Stentrode ™ถูกแทรกผ่านการผ่าตัดรูกุญแจเข้าไปในคอและจากนั้นย้ายเข้าไปในเยื่อหุ้มสมองมอเตอร์ผ่านหลอดเลือด วิธีการรุกรานน้อยที่สุดนี้จะหลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องและภาวะแทรกซ้อนในการฟื้นฟูของการผ่าตัดสมองแบบเปิด

การปลูกถ่ายใช้เทคโนโลยีไร้สายเพื่อถ่ายทอดกิจกรรมของเซลล์ประสาทที่เฉพาะเจาะจงไปยังคอมพิวเตอร์ซึ่งจะถูกแปลงในการกระทำตามความตั้งใจของผู้ป่วย น่าประหลาดใจที่ชิปเล็ก ๆ นี้อนุญาตให้ผู้ป่วยดำเนินการเช่นคลิกและซูมและเขียนด้วยความแม่นยำ 93% ช่วยให้พวกเขาทำสิ่งที่เราทำเช่นข้อความอีเมลและซื้อสินค้าออนไลน์  

มันยังคงเป็นวันแรก ๆ แต่ธรรมชาติที่มีการรุกรานน้อยที่สุดแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยิ่งใหญ่สำหรับระบบประสาทขนาดเล็กเพื่อช่วยให้ผู้คนมีความบกพร่องทางสติปัญญาทุกประเภท

5. นักประสาทวิทยาเปลี่ยนเซลล์ประสาทปกติให้กลายเป็นเซลล์ใหม่

ในปี 2561 เรารายงาน ว่านักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้วิธีการทำซ้ำเซลล์ต้นกำเนิดเป็นเซลล์ประสาทที่เฉพาะเจาะจง ปีนี้นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยในสหรัฐอเมริกาสี่แห่งได้ก้าวไปสู่การยืดอายุการใช้ชีวิตที่ยิ่งใหญ่กว่า โดยการระบุเครือข่ายยีนที่ควบคุมการฟื้นฟูเซลล์พวกมันสามารถ จัดการเซลล์ปกติให้กลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิด ซึ่งสามารถแปรเปลี่ยนเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้เพื่อแทนที่เซลล์ที่กำลังจะตาย

การพิสูจน์แนวคิดของพวกเขาได้ดำเนินการกับเซลล์ glial ของปลาม้าลายแปลงพวกมันเป็นเซลล์ต้นกำเนิดอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งตรวจพบและฟื้นฟูเซลล์จอประสาทตาที่เสียหายเพื่อกู้คืนการมองเห็นที่บกพร่อง

การตายของเซลล์หรือ apoptosis มีบทบาทสำคัญในการชราภาพตามธรรมชาติในมนุษย์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นักวิจัยเชื่อว่ากระบวนการสำหรับการสร้างเซลล์ประสาทที่ฟื้นฟูในสมองจะคล้ายกัน หากประสบความสำเร็จมันจะมีผลกระทบมากมายสำหรับเงื่อนไขเช่นโรคอัลไซเมอร์ซึ่งบริเวณสมองขนาดใหญ่สามารถสูญหายไปถึงการตายของเซลล์ประสาท นอกจากนี้ยังอาจมีบทบาทในการป้องกันผลข้างเคียงหลายประการของการชราตามธรรมชาติในสมองเพื่อการใช้ชีวิตที่ยาวนานขึ้นและมีสุขภาพดีขึ้นในรูปแบบสูงสุดในวัยชรา

6. การป้องกันการเกิด neurodegeneration

แทนที่จะแทนที่เซลล์ที่กำลังจะตายนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กได้ระบุกระบวนการสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการตายของเซลล์สมองที่เรียก ว่า neurodegeneration มันเกี่ยวข้องกับการเปิดเผยกระบวนการที่ การดูดซึมกลูตาเมตของเซลล์ ช่วยป้องกันการตายของเซลล์ในคนที่มีสุขภาพดี

ผลนี้นำไปสู่การฆ่าเซลล์เองเพียงเพราะพวกเขาไม่ได้รับสัญญาณเคมีที่ถูกต้องเพื่อบอกให้พวกเขามีชีวิตอยู่ จากนั้นนักวิจัยได้พัฒนาสารยับยั้งพิเศษที่สามารถก้าวเข้ามาและปิดการใช้งาน 'ความตายที่ซับซ้อน' ของเซลล์ก่อนที่มันจะเกิดขึ้น

สารยับยั้งแสดงให้เห็นว่ามี ประสิทธิภาพสูง ในการปกป้องเซลล์ประสาทหวังว่าจะนำไปสู่ตัวเลือกการรักษาระดับใหม่สำหรับโรคทางระบบประสาท

7. โรคพาร์คินสันเป็นหนึ่งในสองโรคที่แตกต่างกัน

นักวิจัยมหาวิทยาลัย Aarhus ใช้เทคนิคการถ่ายภาพสัตว์เลี้ยงขั้นสูงและ MRI เพื่อเปิดเผยโรคพาร์คินสันให้เป็น กัน ของโรค

ในตัวแปรหนึ่งโรคเริ่มต้นในลำไส้เริ่มแพร่กระจายไปยังสมองผ่านการเชื่อมต่อของระบบประสาท ในอีกด้านหนึ่งมันเริ่มต้นในสมองแล้วย้ายเข้าไปในลำไส้และอวัยวะอื่น ๆ วิดีโอนี้ให้ภาพรวมที่ยอดเยี่ยม

แม้ว่าจะไม่ได้รับการรักษา แต่เป็นขั้นตอนสำคัญในทิศทางที่ถูกต้องสำหรับความสามารถในการระบุการโจมตีระยะแรกสำหรับมาตรการป้องกัน ตัวอย่างเช่นมันอาจนำไปสู่การรักษาที่ป้องกันไม่ให้โรคแม้จะทำให้มันเข้าไปในสมองโดยสิ้นเชิงซึ่งผลกระทบนั้นจะทำให้ร่างกายอ่อนแอลงเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ยังเป็นอีกชิ้นสำคัญในปริศนาของ symbioses ที่ทรงพลังระหว่างลำไส้ของเราและจิตใจของเราซึ่งเป็นที่รู้จักทางวิทยาศาสตร์ว่าเป็น ใน ลำไส้

8. AI ก้าวหน้าการวินิจฉัยการบาดเจ็บของสมองที่ท้าทาย

นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และ Imperial College London ได้พัฒนา อัลกอริทึม AI รูปแบบใหม่ ที่สามารถตรวจจับแยกความแตกต่างและระบุการบาดเจ็บที่สมองประเภทต่าง ๆ จากข้อมูลการสแกน CT ภูมิประเทศ

การสแกน CT รวบรวมข้อมูลจำนวนมากซึ่งอาจใช้เวลาหลายชั่วโมงในการวิเคราะห์และสิ่งนี้จำเป็นต้องรวมถึงการประเมินร่วมกันของการสแกนหลายครั้งเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อติดตามวิถีการกู้คืนหรือความก้าวหน้าของโรค เครื่องมือ AI ใหม่นี้ดูเหมือนจะดีกว่าผู้เชี่ยวชาญของมนุษย์ในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวรวมถึงเร็วกว่าและถูกกว่า

ตัวอย่างเช่นการวิจัยของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าซอฟต์แวร์มีประสิทธิภาพสูงในการวัดปริมาณความก้าวหน้าของแผลในสมองหลายประเภทโดยอัตโนมัติซึ่งช่วยทำนายว่ารอยโรคใดจะใหญ่ขึ้น การประยุกต์ใช้นวัตกรรมของ AI ประเภทนี้เพื่อช่วยเหลือการวิเคราะห์ของมนุษย์นั้นน่าจะเป็นครั้งแรกของหลาย ๆ คนที่จะเปลี่ยนการวินิจฉัยทางการแพทย์ในรูปแบบที่คุ้มค่า

9. ความลับของ Super-Agers ค้นพบ

Super-Agers เป็นบุคคลที่มีทักษะการเรียนรู้ผ่านเพื่อนร่วมงานของพวกเขาในวัยชรารักษาความสามารถทางจิตที่อ่อนเยาว์ในยุค 70 และ 80 จนถึงตอนนี้ความลับในการรักษารูปร่างสูงสุดของพวกเขานั้นไม่ค่อยเข้าใจ

โรงพยาบาลมหาวิทยาลัยโคโลญและศูนย์วิจัย Juelich ได้ค้นพบ ความแตกต่างที่สำคัญในชีววิทยาของพวก เขา การใช้การสแกน PET พวกเขาเปิดเผยว่า Super-Agers ได้เพิ่มความต้านทานต่อ โปรตีน เอกภาพ และ ด์ จนกระทั่งไม่กี่ปีที่ผ่านมาโปรตีนเหล่านี้พิสูจน์ได้ยากที่จะศึกษา

Super-Agers ยังมีระดับ TAU และ amyloid ระดับต่ำกว่าซึ่งในทางกลับกันนำไปสู่การลดระดับของระบบประสาทชนิดต่าง ๆ ในคนส่วนใหญ่ในปีต่อ ๆ มา ตอนนี้ได้รับการระบุว่าการลดความต้านทานต่อการสะสมของเอกภาพและ amyloid เป็นปัจจัยทางชีวภาพหลักสำหรับการสูญเสียรูปร่างความรู้ความเข้าใจสูงสุด

การวิจัยใหม่สามารถมุ่งเน้นไปที่กระบวนการเหล่านี้เพื่อหาวิธีที่จะรักษาความเสื่อมโทรมทางจิตใจโดยทั่วไปรวมถึงช่วยพัฒนาการรักษาเพื่อป้องกันรูปแบบของภาวะสมองเสื่อมที่เกิดขึ้นแล้ว

เราหวังว่าคุณจะพบว่าประสาทวิทยาศาสตร์เหล่านี้เป็นไฮไลต์ที่น่าสนใจ หากคุณกระตือรือร้นที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความก้าวหน้าที่น่าทึ่งในด้านประสาทวิทยาศาสตร์คุณก็อ่านบล็อกของเราเกี่ยวกับไฮไลท์ของสามปีที่ผ่านมา

เรื่องราวประสาทวิทยาศาสตร์ที่น่าเหลือเชื่อ 3 เรื่องของปี 2019

5 ความก้าวหน้าทางประสาทวิทยาของปี 2018

7 การพัฒนาที่สำคัญด้านประสาทวิทยาของปี 2560

‍