ICE - grabaciones directas del cerebro

Mi método de investigación principal es intra-craneal Electrofisiología, o ICE, que es un método poco común para el estudio de la función del cerebro humano a un nivel de grano fino, no es posible con otras técnicas actuales.

El método se basa en los pacientes que se someten a una cirugía cerebral para curar la epilepsia (les damos las gracias sinceramente por su magnanimidad!). Como una parte normal del procedimiento, los neurocirujanos con cuidado colocar los electrodos en contacto directo con los cerebros de los pacientes. Estos electrodos se dejan en el lugar por algunos días mientras que los pacientes pasan tiempo en el hospital (los sitios de inserción están cubiertos y se venda).

Los cirujanos esperan que las convulsiones se producen naturalmente, y luego el poder de los electrodos está desbloqueado: tienen la sensación de la fuente exacta de los ataques los sismógrafos manera del sentido de la fuente de un terremoto. Las convulsiones pueden comenzar en un pequeño trozo de tejido dañado profundamente en el cerebro. Si los cirujanos identificar que el tejido, y eliminarlo, la epilepsia del paciente puede ser curado. La identificación tiene que ser impecable precisión, por supuesto, y no todas las configuraciones de ataque que causan los tejidos pueden ser tratados mediante cirugía, lo cual es una razón por la que deben utilizar los electrodos para guiar con precisión su trabajo.

Es importante destacar que, los cirujanos también utilizan los electrodos para identificar y mapear todos los tejidos sanos de banda de funcionamiento del cerebro alrededor de la meta quirúrgica. Esto permite a los cirujanos para diseñar una trayectoria para eliminar el tejido epiléptico (que suele ser profundo en el centro del cerebro), mientras que interrumpir menor cantidad de tejido sano como sea posible - a fin de no perjudicar su lenguaje o la memoria o de otras facultades.

Debido a que los electrodos se colocan en líneas generales en torno al objetivo quirúrgico, un mapa y de repuesto en las funciones normales, se puede grabar directamente desde la derecha tejido sano en el que la hipótesis de las funciones cognitivas como el lenguaje se calculan. Nunca, por supuesto, dicen los cirujanos dónde colocar los electrodos - que toma la decisión por razones médicas solamente. En su lugar, nos fijamos en los planes de cirugía para cada paciente nuevo, y sólo pedir a algunos de ellos si van a estar dispuestos a participar en la investigación - es decir, aquellos que tienen electrodos en las partes del cerebro que estudiamos. También utilizamos una serie de estrictos criterios adicionales para seleccionar a los pacientes para el estudio aquí: por ejemplo, que debe tener el lenguaje del hemisferio izquierdo (generalmente la derecha), no hay déficit de lenguaje clínico, sin trastornos psiquiátricos, Inglés como lengua materna y primaria, aparición tardía de la crisis en su vida - por lo general después de facultad del lenguaje se ha desarrollado en gran medida, la epilepsia se centran lejos de lugares de registro, y sin convulsiones dentro de varias horas de pruebas. Estos criterios de reducir drásticamente el número de pacientes en los que podemos realizar nuestra investigación, sino que también ayudará a asegurar que los datos pueden ser interpretados y se puede confiar. Yo actualmente colabora con cinco hospitales, con el fin de hacer la investigación sobre los pacientes suficiente.

Si los pacientes nos da su consentimiento para hacer la investigación, simplemente tenemos que mirar a la pantalla del ordenador portátil y realizar nuestras tareas de investigación en los momentos en la habitación del hospital cuando no tienen nada más en juego. (Por ejemplo, pueden ver las palabras en la pantalla, y tengo que decir en la forma correcta gramatical de una oración dada.) Los pacientes suelen tener muchas horas de ese momento. Apreciamos mucho su donación de parte de ella a la ciencia, por todo lo que puede hacer para ayudar a nuestra comprensión de la mente y el cerebro humanos. Consideramos que el privilegio de acceder a tales datos raros y de alta fidelidad como una responsabilidad - que hacer todo lo posible para sacar el máximo provecho de los datos.

Para cada paciente, varios investigadores colaboran para ejecutar muchas tareas (experimentos), por lo que la ciencia en su conjunto puede obtener mayor cantidad de información importante como sea posible. Algunos de mis colaboradores epilepsia estudio de sí mismo, y su objetivo es desarrollar curas y terapias. Yo estudio el sistema de la lengua - cómo el cerebro está cableado para que podamos hablar. El lenguaje es central a la condición humana - lo que nos permite enseñar y aprender, de conocer la mente de otros, para formar grupos e incluso naciones, y para transmitir los detalles de nuestros pensamientos y emociones de persona a persona y de generación en generación.

El lenguaje es también fundamental para la cognición humana, que abarca muchos de los talentos elementales de la mente humana, como la visión y la memoria, y sobre la base de un territorio más grande del cerebro que cualquier otra facultad. Comprensión de la biología del lenguaje, los mecanismos utilizados por las células del cerebro para traducir entre los pensamientos y las palabras, nos permitirá comprender en general cómo el cerebro computa la mente - y cómo solucionarlo cuando algo va mal.

Es importante destacar que el lenguaje no puede ser estudiado en animales, ya que sólo los humanos tienen lenguaje. (Los sistemas de comunicación de otros animales, como los loros y las ballenas, no es tan complejo como el nuestro, carecen de talento para el centro de la gramática que nos permite expresar el infinito, y en todo caso en la actualidad carecen de todo medio de la traducción de todas las especies.) Por lo tanto, la biología del lenguaje sólo puede ser estudiada en los seres humanos, y el método de ICE nos lleva más cerca que nunca de reales mecanismos biológicos del lenguaje.

ICE electrodos registran la actividad electroquímica de las células del cerebro y de los grupos de células, con una resolución temporal y espacial muy alta. La resolución temporal sólo está limitado por los equipos de grabación (y espacio en disco que desea utilizar), que siguen mejorando (que registrar los datos más de 20.000 muestras por segundo), y la resolución espacial es limitada sólo por el tamaño del electrodo. Micro-escala de los electrodos puede grabar a partir de células individuales. ICE también ofrece una gran resolución fisiológica. Podemos determinar qué tipos de células en la parte de la corteza se activan de qué manera (por ejemplo, podemos diferenciar entre los estallidos o de tiro y los períodos de actividad sub-umbral, y puede detectar cuando las células oscilan juntos). Esto significa que podemos llegar hasta el nivel mecanicista detallada en la investigación de la sede biológica de la cognición, sobre todo el lenguaje.

En contraste, la mayor parte de nuestra comprensión actual de cómo funciona el cerebro humano en primer lugar procedían de pacientes con daño cerebral (accidente cerebrovascular, por ejemplo, o también de las heridas de guerra): médicos asociados daños cerebrales específicas con problemas específicos en las habilidades mentales. Este fue un trabajo aproximado, prolongada que reveló gran fin de las regiones del cerebro crucial para una facultad determinada, pero no podía revelar todas las regiones parcialmente involucrados en la facultad, ni el tiempo de cuando en una serie de etapas de procesamiento de una región podrían entrar en juego. En los últimos tiempos, gran parte de nuestra comprensión de las bases cerebrales de la cognición ha venido de los métodos de imagen no invasivas como la fMRI y MEG . Estos métodos marcó el comienzo de un salto categórico en qué aspectos de la cognición puede ser estudiado, y siguen dando ideas que cambian la manera en que entendemos nuestro interior (mental) del mundo. Sin embargo, sufren de baja resolución en el tiempo o el espacio o ambos, y están débilmente acoplados a los acontecimientos neurofisiológicos que no pueden distinguir entre los procesos fisiológicos. Por lo tanto, actualmente no es posible usarlas para montar, por ejemplo, un modelo de habla que incluye el momento y el lugar de pasos de procesamiento necesarios, ni un modelo de que grupos de células del cerebro se conectan con la que los demás, cuando, con el fin de compartir de la información. Es necesario que la información sea compartida, por ejemplo entre las entidades de cómputo a cargo del significado de la palabra, el sonido de palabras y estructura de la palabra - para que estos se pueden reunir cuando pronunciamos la palabra final.

La forma en que una sesión de grabación de obras es la siguiente: Mientras el paciente hace una de nuestras tareas (o está en un estado de reposo) los equipos que normalmente registran sus señales cerebrales seguir haciéndolo, y luego somos capaces de alinear sus datos con lo que se haciendo en ese momento. Recibimos cientos de canales de datos de ICE directamente desde los sitios en el cerebro, además de medidas como la frecuencia cardíaca y los movimientos oculares.

Próximamente, una descripción de mi parte favorita: análisis de los datos!