ICE - enregistrements directs du cerveau

Ma méthode de recherche principal est intra-crânienne électrophysiologie, ou ICE, qui est une méthode rare pour étudier le fonctionnement du cerveau humain à un niveau de granularité fin n'est pas possible avec d'autres techniques actuelles.

La méthode repose sur les patients qui subissent une chirurgie du cerveau, afin de guérir l'épilepsie (nous les remercions sincèrement pour leur magnanimité!). Dans le cadre normal de la procédure, les neurochirurgiens soigneusement placer les électrodes directement en contact avec le cerveau des patients. Ces électrodes sont laissées en place pendant quelques jours tandis que les patients passent du temps à l'hôpital (les sites d'insertion sont toutes couvertes, et banda).

Les chirurgiens attendre crises de se produire naturellement, et puis la puissance des électrodes est déverrouillé: ils sentent la source exacte des crises les sismographes de façon logique la source d'un tremblement de terre. Les crises peuvent commencer dans un petit morceau de tissu malade profondément dans le cerveau. Si les chirurgiens d'identifier que le tissu, et le retirer, l'épilepsie du patient peut être guéri. L'identification doit être impeccablement précis, bien sûr, et non pas toutes les configurations de saisie-causant des tissus peuvent être traités par la chirurgie, qui est une raison, ils doivent utiliser des électrodes de façon précise guider leur travail.

Il est important, les chirurgiens utilisent également les électrodes afin d'identifier et de cartographier tous les tissus sains du cerveau bande opérationnelle autour de la cible chirurgicale. Cela permet aux chirurgiens de concevoir une trajectoire pour enlever le tissu épileptique (qui est généralement profonde dans le centre du cerveau) tout en perturbant que les tissus sains peu que possible - pour ne pas compromettre leur langue ou de la mémoire ou d'autres facultés.

Parce que les électrodes sont placées généralement autour de la cible chirurgicale, de cartographier et d'épargner les fonctions normales, nous pouvons enregistrer directement à partir de tissus sains droit où nous faisons l'hypothèse des fonctions cognitives comme le langage sont calculés. Nous avons bien sûr jamais dire les chirurgiens où placer les électrodes - cette décision est prise pour des raisons médicales seulement. Au lieu de cela, nous regardons les plans chirurgicaux pour chaque nouveau patient, et ne demandent certains d'entre eux s'ils seront prêts à participer à la recherche - à savoir, ceux qui ont des électrodes dans certaines parties du cerveau que nous étudions. Nous utilisons également un ensemble de critères stricts d'autres pour sélectionner les patients pour l'étude ici: par exemple, qu'ils doivent avoir de l'hémisphère gauche la langue (généralement la main droite), pas de déficits linguistiques cliniques, aucune des troubles psychiatriques, l'anglais comme langue première et principale, apparition tardive des crises au sein de leur vie - généralement après faculté de langage s'est largement développée, l'épilepsie se concentrer loin des sites d'enregistrement, et pas saisies au sein de plusieurs heures de test. Ces critères de réduire considérablement le nombre de patients sur lesquels nous pouvons effectuer notre recherche, mais ils aident également à assurer que les données peuvent être interprétées et on peut faire confiance. Je suis actuellement collaborer avec cinq hôpitaux, afin de faire de la recherche sur des patients assez.

Si les patients de nous donner le consentement pour faire des recherches, nous n'avons tout simplement les regarder un écran d'ordinateur portable et d'effectuer nos travaux de recherche dans les moments dans la chambre d'hôpital quand ils n'ont rien d'autre à faire. (Par exemple, ils pourraient voir les mots à l'écran, et ont à leur mot à dire dans la forme grammaticale droit pour une phrase donnée.) Les patients ont souvent de nombreuses heures de ce moment. Nous apprécions grandement leur donnant une partie de celui-ci à la science, pour tout ce qu'elle peut faire pour aider notre compréhension de l'esprit humain et le cerveau. Nous considérons le privilège d'accéder à ces données rares et de haute fidélité comme une responsabilité - de faire tout notre possible pour tirer le meilleur parti des données.

Pour chaque patient, plusieurs chercheurs collaborent pour exécuter de nombreuses tâches (expériences), de sorte que la science dans son ensemble peut obtenir autant d'informations importantes que possible. Certains de mes collaborateurs l'épilepsie étude elle-même, et visent à développer des traitements et thérapies. J'étudie le système de la langue - comment le cerveau est câblé pour nous permettre de parler. La langue est au cœur de la condition humaine - ce qui nous permet d'enseigner et d'apprendre, de connaître l'esprit des autres, à former des groupes et même des nations, et de transmettre les détails de nos pensées et nos émotions d'une personne à personne et de génération en génération.

La langue est également au centre de la cognition humaine, englobant de nombreux talents élémentaires de l'esprit humain, comme la vision et la mémoire, et en s'appuyant sur un territoire plus vaste du cerveau que toute autre faculté. Comprendre la biologie de la langue, les mécanismes utilisés par les cellules du cerveau pour traduire entre les pensées et les mots, devrait nous permettre de comprendre de manière générale comment le cerveau calcule l'esprit - et comment y remédier quand quelque chose se passe mal.

Il est important, la langue ne peut pas être étudiée chez l'animal, parce que seuls les humains ont la langue. (Systèmes de communication d'autres animaux, tels que les perroquets et les baleines, ne sont pas aussi complexe que le nôtre, n'ont pas le talent centrale pour la grammaire qui nous permet de nous exprimer à l'infini, et en tout cas ne disposent pas actuellement tous les moyens de traduire à travers les espèces.) Par conséquent, la biologie de la langue ne peut être étudiée chez l'homme, et la méthode ICE nous amène plus près que jamais de réels mécanismes biologiques de la langue.

Électrodes ICE enregistrer l'activité électrochimique des cellules du cerveau et des groupes de cellules, avec une résolution temporelle et spatiale extrêmement élevée. La résolution temporelle est limitée uniquement par les ordinateurs d'enregistrement (et d'espace disque que nous souhaitons utiliser), qui continuent de s'améliorer (nous enregistrons beaucoup de données à 20.000 échantillons par seconde), et la résolution spatiale est limitée uniquement par la taille de l'électrode. Micro-échelle électrodes pouvez enregistrer à partir des cellules individuelles. ICE offre également une grande résolution physiologique. Nous pouvons déterminer quels types de cellules dans quelle partie du cortex sont activer dans quelles façons (par exemple on peut différencier entre les salves de tir ou les périodes de sous-seuil d'activité, et peut détecter lorsque les cellules oscillent ensemble). Cela signifie que nous pouvons descendre au niveau mécanistique détaillée lors de l'enquête le siège biologique de la cognition, en particulier la langue.

En revanche, la plupart de notre compréhension actuelle de la façon dont le cerveau humain fonctionne tout d'abord provenaient de patients atteints de lésions cérébrales (accidents vasculaires cérébraux à partir de, par exemple, ou encore de blessures de guerre): médecins associés des lésions cérébrales spécifiques de handicaps spécifiques dans les capacités mentales. Ce fut approximative, le travail prolongé qui a révélé grand-ordre des régions du cerveau essentielle à une faculté donnée, mais ne pouvait pas révéler toutes les régions partiellement impliqués dans la faculté, ni le calendrier pour savoir quand dans une série d'étapes de transformation d'une région pourrait entrer en jouer. Ces derniers temps, une grande partie de notre compréhension de la base du cerveau de la cognition est venu à partir de méthodes d'imagerie non invasives telles que l'IRMf et MEG . Ces méthodes inauguré un saut catégorique dans quels aspects de la cognition pourrait être étudiée, et de continuer à apporter un éclairage qui changent la façon dont nous comprenons notre intérieur (mentale) dans le monde. Cependant, ils souffrent de résolution grossière dans le temps ou l'espace ou les deux, et sont faiblement couplés à des événements neurophysiologiques ne peut donc pas distinguer entre les processus physiologiques. Par conséquent, il n'est actuellement pas possible de les utiliser pour assembler, par exemple, un modèle de parler qui comprend le moment et le lieu des étapes de traitement nécessaires, ni un modèle de ce qui définit des cellules du cerveau en contact avec ceux qui les autres quand, dans le but de partager informations. Il est nécessaire que l'information soit partagée, par exemple entre les entités en charge de calcul du sens des mots, son mot, et la structure du mot - de sorte que ceux-ci peuvent être regroupées lorsque nous prononçons le mot final.

La façon dont une session d'enregistrement fonctionne est la suivante: Si le patient-t-on de nos tâches (ou est dans un état de repos) des ordinateurs qui normalement enregistrer leurs signaux cérébraux continuer à le faire, et plus tard, nous sommes en mesure de jumeler leurs données avec ce qu'ils étaient faire à l'époque. Nous recevons des centaines de canaux de données de la CIE directement à partir de sites à l'intérieur du cerveau, ainsi que des mesures comme le rythme cardiaque et les mouvements oculaires.

Bientôt, une description de ma partie préférée: L'analyse des données!