ICE - Direkte Hirn-Aufnahmen
Meine primäre Untersuchungsmethode ist intrakraniellen Elektrophysiologie, oder ICE, die eine seltene Methode zur Untersuchung menschlichen Hirnfunktionen zu einem feinkörnigen Ebene nicht möglich mit anderen aktuellen Techniken ist.
Die Methode beruht auf Patienten, die sich einer Gehirnoperation sind, um Epilepsie (wir danken ihnen herzlich für ihre Großzügigkeit!) Zu heilen. Wie ein normaler Teil des Verfahrens, Neurochirurgen sorgfältig Ort Elektroden direkt in Kontakt mit dem Patienten die Gehirne. Diese Elektroden sind in Ort für einige Tage verlassen, während die Patienten verbringen viel Zeit in der Klinik (die Insertionsstellen sind alle abgedeckt und verbunden).
Die Chirurgen warten Anfälle natürlich vorkommen, und dann die Macht der Elektroden ist entsperrt: sie spüren, die genaue Quelle der Anfälle, wie Seismographen Sinn die Quelle eines Erdbebens. Anfälle können in ein kleines Stück von ungesunden Gewebe tief im Gehirn beginnen. Wenn die Chirurgen zu identifizieren, die Gewebe, und entfernen Sie sie, kann der Patient die Epilepsie geheilt werden. Die Identifizierung muss makellos präzisen, natürlich, und nicht alle Konfigurationen der Beschlagnahme-verursachende Gewebe kann durch eine Operation behandelt werden, ist ein Grund, sie den Elektroden verwenden müssen, um präzise zu führen ihre Arbeit.
Wichtig ist, dass Chirurgen auch die Elektroden zu ermitteln und anzeigen alle gesunden Band operativen Hirngewebe um die chirurgische Ziel. Dies ermöglicht dem Chirurgen eine Flugbahn Design der epileptischen Gewebe zu entfernen (was ist in der Regel 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 die chirurgische Ziel, um die Karte und schonen die normalen Funktionen platziert sind, können wir direkt Datensatz aus gesundem Gewebe genau dort, wo wir kognitive Funktionen wie Sprache Hypothese berechnet werden. Wir haben natürlich nie sagen, die Chirurgen, wo die Elektroden Ort - diese Entscheidung ist aus medizinischen Gründen nur gemacht. Stattdessen schauen wir auf die chirurgische Pläne für jeden neuen Patienten, und nur bitten, einige von ihnen, wenn sie bereit sein werden, in der Forschung zu beteiligen - nämlich diejenigen, die Elektroden in Teilen des Gehirns untersuchen wir haben. Wir verwenden auch eine Reihe von strengen weitere Kriterien für die Patienten für Studie hier auswählen: zum Beispiel, dass sie der linken Hemisphäre Sprache (in der Regel Rechtshänder), keine klinischen sprachliche Defizite, keine psychiatrischen Erkrankungen, Englisch als erste und primäre Sprache haben, late onset von Anfällen in ihrem Leben - in der Regel nach Sprachfähigkeit hat sich weitgehend, Epilepsie weit weg von der Aufnahme-Webseiten konzentrieren und keine Anfälle innerhalb von mehreren Stunden des Testens. Diese Kriterien drastisch reduzieren die Zahl der Patienten, bei denen wir unsere Forschungs durchführen können, aber sie helfen auch sicherzustellen, dass die Daten interpretiert werden kann und vertraut werden kann. Ich derzeit mit fünf Krankenhäusern zusammenarbeiten, um die Forschung auf genügend Patienten zu tun.
Wenn die Patienten geben uns einverstanden, dass Forschung zu tun, müssen wir einfach sie zu Laptop-Bildschirme schauen und führen unsere Forschungsaufgaben in den Momenten im Krankenzimmer, wenn sie sonst nichts los sein. (Zum Beispiel könnten sie Worte auf dem Bildschirm sehen, und müssen sie in die richtige grammatikalische Form für einen bestimmten Satz zu sagen.) Patienten haben oft viele Stunden so lange. Wir schätzen ihre Spenden einen Teil davon für die Wissenschaft, für alle, die es tun, um unser Verständnis des menschlichen Geistes und Gehirns behilflich sein können. Wir sehen das Privileg, diese seltenen und High-Fidelity-Daten als Verantwortung Zugriff - auf alles, was wir tun können, um das Beste aus den Daten zu erhalten.
Für jeden Patienten zusammen mehrere Forscher zu 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 auf Kuren und Therapien zu entwickeln. Ich studiere die Sprache-System - wie das Gehirn verdrahtet ist, damit wir sprechen. Die Sprache ist von zentraler Bedeutung für die menschliche Existenz - so dass wir zu lehren und zu lernen, zu anderen Köpfen kennen zu lernen, Gruppen und sogar Nationen zu bilden und die Details unserer Gedanken und Gefühle von Person zu Person und von Generation zu Generation übertragen.
Die 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, durch Gehirnzellen verwendet, um zwischen Gedanken und Worte, übersetzen können wir im Allgemeinen verstehen, wie das Gehirn den Geist berechnet - und wie man es beheben, wenn etwas schief geht.
Wichtig ist, dass Sprache nicht in Tieren untersucht werden, weil nur der Mensch Sprache haben. (Communication-Systeme von anderen Tieren, wie Papageien und Wale sind nicht so komplex wie unsere, fehlt das zentrale Talent für Grammatik, die wir uns selbst unendlich ausdrücken können, und in jedem Fall mangelt es derzeit an jeglicher Art von Übersetzungen über Artgrenzen.) Deshalb die Biologie der Sprache kann nur an Menschen untersucht werden, und der ICE-Methode bringt uns näher als je zuvor die 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 ist nur durch die Aufnahme Computern (und Speicherplatz wir verwenden wollen), was zu verbessern (wir erfassen viele Daten bei 20.000 Samples pro Sekunde) weiterhin begrenzt, und die räumliche Auflösung ist nur durch die Größe der Elektrode begrenzt. Micro-Skala Elektroden können aus einzelnen Zellen aufnehmen. ICE bietet auch große physiologische Auflösung. Wir können bestimmen, welche Arten von Zellen in welchem Teil des Kortex, in welcher Weise aktivieren (zum Beispiel können wir zwischen den Bursts oder Brennen und Zeiten der Sub-Threshold-Aktivität zu unterscheiden, und kann erkennen, wenn Zellen miteinander schwingen). 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 Hirnschädigungen (von Schlaganfall, zum Beispiel, oder auch aus Kriegszeiten Verletzungen): Ärzte damit verbundenen spezifischen Hirnschädigungen mit spezifischen Beeinträchtigungen der geistigen Fähigkeiten. Dies war etwa, langwierige Arbeit, die große Ordnung Regionen des Gehirns von entscheidender Bedeutung für eine bestimmte Fakultät zeigte, konnte aber nicht verraten allen Regionen teilweise in der Fakultät beteiligt sind, noch den Zeitpunkt, wann in einer Reihe von Verarbeitungsschritten eine Region in kommen könnte zu spielen. In jüngster Zeit hat viel von unserem Verständnis des Gehirns aufgrund der Erkenntnis aus 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 verändern zu erhalten. 
Allerdings leiden sie unter grobe Auflösung in Zeit oder Raum oder beides, und sind lose 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 der Zeitpunkt und Ort der Bearbeitungsschritte erforderlich sind, noch ein Modell, das von Gehirnzellen Sets, mit denen andere diejenigen verbinden, wenn, um zu teilen Informationen. Es ist notwendig, um Informationen gemeinsam genutzt, zum Beispiel unter Computational zuständigen Stellen der Wortbedeutung, Wort-Ton und Wort-Struktur werden - so dass diese zusammen gebracht werden können, wenn wir das letzte Wort auszusprechen.
Die Art und Weise einer Aufnahme-Session funktioniert folgendermaßen: Während der Patient eine unserer Aufgaben (oder in einigen Ruhezustand) die Computer, die in der Regel erfassen ihre Signale des Gehirns auch weiterhin tun, und später sind wir in der Lage, ihre Daten mit dem, was sie waren Paar Dabei an der Zeit. Wir bekommen hunderte von Kanälen ICE-Daten direkt aus Websites innerhalb des Gehirns, sowie Maßnahmen, wie Herzfrequenz-und Augenbewegungen.
Coming soon, eine Beschreibung meiner Lieblings-Teil: Analyse der Daten!
