ICE - Direkte Hirn-Aufnahmen
Meine primäre Untersuchungsmethode ist intrakraniellen Elektrophysiologie, oder ICE, die eine seltene Methode zur Untersuchung menschlicher Hirnfunktion bei einer feinkörnigen Ebene nicht möglich, mit anderen aktuellen Techniken ist.
Die Methode beruht auf Patienten, die sich einer Gehirnoperation sind, um Epilepsie zu heilen (wir danken ihnen herzlich für ihre Großmut!). Als normaler Teil des Verfahrens, Neurochirurgen sorgfältig platzieren Elektroden direkt in Kontakt mit den Patienten Gehirne. Diese Elektroden werden an Ort und Stelle für einige Tage Zeit, während die Patienten im Krankenhaus (die Insertionsstellen sind alle abgedeckt und verbunden) zu verbringen.
Die Chirurgen warten Anfälle natürlich vorkommen, um, und dann die Macht der Elektroden ist unlocked: sie spüren, die genaue Ursache der Anfälle die Art und Weise Seismographen spüren, die Quelle eines Erdbebens. Anfälle können in einem kleinen Stück ungesunden Gewebe tief im Gehirn beginnen. Wenn die Chirurgen erkennen, dass Gewebe, und entfernen Sie es, kann der Patient Epilepsie geheilt werden. Die Identifizierung muss makellos präzisen, natürlich, und nicht alle Konfigurationen der Beschlagnahme-verursachende Gewebe kann durch eine Operation, die ein Grund, warum sie die Elektroden verwenden müssen, um präzise zu führen ihre Arbeit behandelt werden.
Wichtig ist, dass Chirurgen auch mit den Elektroden die Identifizierung und Kartierung alle gesunden Hirngewebe operativen Band rund um den OP-Ziel. Dies ermöglicht es den Chirurgen, um eine Bahn zu entwerfen, um den epileptischen Gewebe zu entfernen (was normalerweise tief in der Mitte des Gehirns), während stören so wenig gesundes Gewebe wie möglich - nicht zu beeinträchtigen ihre Sprache oder Gedächtnis oder anderen Fakultäten.
Da die Elektroden im Großen und Ganzen um das chirurgische Ziel, zu kartieren und zu verschonen die normalen Funktionen platziert sind, können wir direkt aufzeichnen von gesundem Gewebe genau dort, wo wir uns kognitive Funktionen wie Sprache Hypothese berechnet werden. Wir natürlich nie sagen, wo die Chirurgen, um die Elektroden zu platzieren - diese Entscheidung ist aus medizinischen Gründen nur gemacht. Stattdessen betrachten wir die chirurgische Pläne für jeden neuen Patienten, und nur einige von ihnen fragen, ob sie bereit ist, sein wird, in der Forschung zu beteiligen - nämlich diejenigen, die Elektroden, die in Teilen des Gehirns untersuchen wir haben. Wir verwenden auch eine Reihe von strengen Kriterien, um weitere Patienten für die Studie hier wählen: zum Beispiel, dass sie muss linken Hemisphäre Sprache (in der Regel Rechtshänder) liegen keine klinischen sprachliche Defizite, keine psychiatrischen Erkrankungen, Englisch als erste und primäre Sprache haben, spätem Beginn der Anfälle innerhalb ihres Lebens - in der Regel nach Sprachfähigkeit hat sich weitgehend entwickelt, Epilepsie weit weg von der Aufnahme-Sites und ohne Anfälle innerhalb von mehreren Stunden des Testens zu konzentrieren. Diese Kriterien drastisch reduzieren die Anzahl der Patienten, bei denen wir unsere Forschung durchführen können, sondern sie helfen auch sicherzustellen, dass die Daten interpretiert werden kann und vertraut werden kann. Ich derzeit mit fünf Krankenhäusern zusammenarbeiten, um die Forschung an Patienten genug zu tun.
Wenn die Patienten uns ihre Zustimmung geben, um Forschung zu tun, wir haben einfach bei ihnen Laptop-Bildschirme schauen und erfüllen unsere Aufgaben in Forschung Momente im Krankenzimmer, wenn sie sonst nichts läuft, haben. (Zum Beispiel könnten sie Worte auf dem Bildschirm sehen, und müssen sie in die richtige grammatische Form für einen bestimmten Satz zu sagen.) Die Patienten haben oft viele Stunden einer solchen Zeit. Wir schätzen ihre Spenden einen Teil davon für die Wissenschaft, für alles, was es zu tun, um unser Verständnis des menschlichen Geistes und Gehirns behilflich sein können. Wir sehen das Privileg, solch seltenen und High-Fidelity-Daten als Verantwortung zugreifen - auf alles, was wir tun, um das Beste aus den Daten zu erhalten.
Für jeden Patienten mehrere Forscher zusammenarbeiten, um viele Aufgaben (Experimente) laufen, so dass die Wissenschaft als Ganzes kann als viele wichtige Informationen wie möglich zu erhalten. Einige von meinen Mitarbeitern Studie Epilepsie selbst, und zielen darauf ab, Kuren und Therapien zu entwickeln. Ich studiere die Sprache-System - wie das Gehirn verdrahtet ist, damit wir sprechen. Sprache ist ein zentrales Element der conditio humana - ermöglicht es uns, zu lehren und zu lernen, das Denken anderer kennen zu lernen, Gruppen und sogar Staaten zu bilden, und um die Details unserer Gedanken und Emotionen von Mensch zu Mensch und von Generation zu Generation übertragen.
Sprache ist auch von zentraler Bedeutung für die menschliche Kognition und umfasst viele der elementaren Fähigkeiten des menschlichen Geistes, wie Vision und Erinnerung, und dabei auf ein größeres Gebiet des Gehirns als jede andere Fakultät. Das Verständnis der Biologie der Sprache, sollten die Mechanismen von Gehirnzellen verwendet, um zwischen Gedanken und Worte, übersetzen es uns ermöglichen, im Allgemeinen verstehen, wie das Gehirn den Geist berechnet - und wie man es beheben, wenn etwas schief geht.
Wichtig ist, dass Sprache nicht an Tieren studiert werden, weil nur der Mensch Sprache haben. (Kommunikations-Systeme von anderen Tieren, wie Papageien und Wale, sind nicht so komplex wie unsere, fehlt das zentrale Talent für die Grammatik, die uns zu uns selbst unendlich ausdrücken können, und in jedem Fall mangelt es derzeit an der Übersetzung jedes Mittel bei allen Spezies.) Deshalb die Biologie der Sprache kann nur an Menschen untersucht werden, und der ICE-Methode bringt uns näher als je zuvor zu tatsächlichen biologischen Mechanismen der Sprache.
ICE-Elektroden erfassen die elektrochemische Aktivität der Gehirnzellen und Gruppen von Zellen, mit extrem hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Die zeitliche Auflösung nur durch die Aufnahme Computern (und Speicherplatz möchten wir verwenden), die zur Verbesserung (erfassen wir viele Daten bei 20.000 Abtastungen pro Sekunde) weiterhin begrenzt ist und die räumliche Auflösung nur durch die Größe der Elektrode begrenzt. Micro-Skala Elektroden können aus einzelnen Zellen zu erfassen. ICE bietet auch große physiologische Auflösung. Wir können bestimmen, welche Arten von Zellen, in welchem Teil des Kortex sind, auf welche Weise (zum Beispiel können wir zwischen den Bursts oder Brennens und Perioden von Sub-Threshold-Aktivität zu unterscheiden, und kann erkennen, wenn Zellen miteinander schwingen) zu aktivieren. Dies bedeutet, dass wir bekommen können bis zum detaillierten mechanistischen Ebene bei der Untersuchung der biologischen Sitz der Erkenntnis, vor allem Sprache.
Im Gegensatz dazu kamen die meisten unserer heutigen Verständnis davon, wie das menschliche Gehirn arbeitet in erster Linie von Patienten mit Hirnschädigung (Schlaganfall aus, zum Beispiel, oder auch aus der Kriegszeit Verletzungen): Ärzte verbundenen spezifischen Hirnschädigungen mit spezifischen Beeinträchtigungen in der geistigen Fähigkeiten. Dies war etwa, langwierige Arbeit, die groß, um Regionen des Gehirns von entscheidender Bedeutung für eine bestimmte Fähigkeit offenbart, aber nicht alle Regionen zeigen teilweise in den Fakultäten oder die Fristen, wann in einer Reihe von Verarbeitungsschritten eine Region könnte in Berührung kommen spielen. In jüngster Zeit ist viel von unserem Verständnis des Gehirns Grundlage der Erkenntnis von nicht-invasive bildgebende Verfahren wie kommen fMRI- und MEG . Diese Methoden leitete eine kategorische Sprung in welche Aspekte der Kognition könnte untersucht werden, und weiterhin zu Erkenntnissen, die die Art und Weise verstehen wir unsere inneren (psychischen) Welt zu verändern, zu erhalten. 
Allerdings leiden sie an grobe Auflösung in Raum oder Zeit oder beides, und werden locker auf neurophysiologische Ereignisse so nicht unter physiologischen Prozessen unterscheiden können gekoppelt. Daher ist es derzeit nicht möglich, sie zu nutzen zu montieren, zum Beispiel, ein Modell zu sprechen, dass Zeitpunkt und Ort der Bearbeitungsschritte erforderlich, noch ein Modell von denen der Gehirnzellen stellt eine Verbindung mit dem anderen, wenn diejenigen, um zu teilen beinhaltet Informationen. Es ist notwendig, um Informationen gemeinsam genutzt werden, zum Beispiel unter Computational zuständigen Stellen in der Wortbedeutung, Wort-Ton, Wort und Struktur - so dass diese zusammen gebracht werden können, wenn wir das letzte Wort zu sprechen.
Die Art und Weise ein Aufnahme-Session funktioniert, ist dies: Während der Patient macht eine unserer Aufgaben (oder ist in irgendeiner Ruhezustand) die Computer, die normalerweise ihre Signale des Gehirns aufzeichnen dies auch weiterhin tun, und später sind wir in der Lage, ihre Daten mit dem, was sie waren koppeln Dabei zum Zeitpunkt. Wir bekommen Hunderte von Kanälen von ICE-Daten direkt von Websites innerhalb des Gehirns, sowie Maßnahmen, wie Herzfrequenz-und Augenbewegungen.
Ist bereits vorbestellt, eine Beschreibung meiner Lieblings-Teil: Datenanalyse!
