ICE - Registrazioni cerebrali diretti

Il mio metodo di ricerca principale è intra-cranica Elettrofisiologia, o ICE, che è un metodo rara per studiare la funzione del cervello umano a una grana fine livello non possibile con altre tecniche attuali.

Il metodo si basa su pazienti che si sottopongono a intervento chirurgico al cervello per curare l'epilessia (li ringrazio sinceramente per la loro magnanimità!). Come una parte normale della procedura, neurochirurghi cura posizionare gli elettrodi direttamente a contatto con i cervelli dei pazienti. Questi elettrodi sono lasciato in sede per alcuni giorni, mentre i pazienti trascorrere del tempo in ospedale (i siti di inserzione sono tutte coperte e fasciato).

I chirurghi attendere sequestri presenti in natura, e quindi la potenza degli elettrodi è sbloccato: sentono l'esatta origine dei sequestri dei sismografi rilevano modo in cui la sorgente di un terremoto. Convulsioni può iniziare in un piccolo pezzo di tessuto sano in profondità nel cervello. Se i chirurghi identificare quel tessuto, e rimuoverlo, l'epilessia del paziente può essere curato. L'identificazione deve essere impeccabilmente precisa, naturalmente, e non tutte le configurazioni di sequestro-provocando tessuto può essere trattati chirurgicamente, che è uno dei motivi che devono utilizzare gli elettrodi per guidare con precisione il loro lavoro.

È importante sottolineare che, chirurghi anche utilizzare gli elettrodi per identificare e mappare tutti sano tessuto cerebrale operativa banda intorno al bersaglio chirurgico. Questo permette ai chirurghi di progettare una traiettoria per rimuovere il tessuto epilettici (che di solito è profonda al centro del cervello), mentre perturbare il meno possibile tessuto sano -, per non compromettere la loro lingua o memoria o altre facoltà.

Dato che gli elettrodi sono posizionati generalmente attorno all'obiettivo chirurgico, per mappare e risparmiare le normali funzioni, siamo in grado di registrare direttamente da destra tessuto sano, dove si ipotizza funzioni cognitive come il linguaggio vengono calcolati. Non abbiamo mai, naturalmente, i chirurghi raccontano dove posizionare gli elettrodi - che la decisione è stata presa solo per ragioni mediche. Invece, guardiamo i piani chirurgici per ogni nuovo paziente, e solo chiedere ad alcuni di loro se sono disposti a partecipare alla ricerca - vale a dire, coloro che hanno elettrodi in alcune parti del cervello che studiamo. Inoltre, utilizziamo una serie di rigorosi criteri ulteriori per selezionare i pazienti per lo studio qui: per esempio, che devono avere sinistra nell'emisfero lingua (di solito la mano destra), non deficit di linguaggio clinico, senza disturbi psichiatrici, l'inglese come prima lingua e primario, insorgenza tardiva di crisi all'interno della loro vita - di solito dopo facoltà di linguaggio è ampiamente sviluppato, l'epilessia si concentrano lontano dai siti di registrazione, e senza convulsioni entro alcune ore di test. Questi criteri di ridurre drasticamente il numero di pazienti sui quali possiamo effettuare la nostra ricerca, ma anche aiutare ad assicurare che i dati possono essere interpretati e ci si può fidare. Io attualmente collabora con cinque ospedali, al fine di fare ricerca su abbastanza pazienti.

Se i pazienti ci danno il consenso per fare ricerca, abbiamo semplicemente li guardano schermi dei computer portatili ed eseguire i nostri compiti di ricerca nei momenti nella stanza d'ospedale quando hanno nient'altro in corso. (Per esempio, potrebbero vedere le parole sullo schermo, e devo dire che loro nella giusta forma grammaticale per una sentenza di condanna.) I pazienti hanno spesso molte ore di tempo del genere. Noi apprezziamo molto il loro donando una parte per la scienza, per tutto quello che può fare per aiutare la nostra comprensione della mente umana e del cervello. Riteniamo che il privilegio di accedere a tali dati rare e ad alta fedeltà come responsabilità - a fare tutto il possibile per ottenere il massimo dei dati.

Per ogni paziente, diversi ricercatori collaborano per eseguire molte attività (esperimenti), in modo che la scienza nel suo insieme può ottenere quante più informazioni possibili importanti. Alcuni collaboratori del mio studio stessa epilessia, e mirano a sviluppare cure e terapie. Io studio del sistema linguistico - come il cervello sia collegato per permetterci di parlare. Il linguaggio è centrale per la condizione umana - che ci permette di insegnare e imparare, a conoscere la mente degli altri, a formare gruppi e perfino nazioni, e trasmettere i dettagli dei nostri pensieri ed emozioni da persona a persona e da generazione in generazione.

Il linguaggio è centrale anche per cognizione umana, che comprende molti dei talenti elementari della mente umana, come la visione e la memoria, e il disegno su un territorio più grande del cervello rispetto a qualsiasi altra facoltà. Comprensione della biologia del linguaggio, i meccanismi utilizzati dalle cellule cerebrali per tradurre tra pensieri e parole, dovrebbe permetterci di capire in generale come il cervello calcola la mente - e come risolvere il problema quando qualcosa va storto.

È importante sottolineare che, il linguaggio non può essere studiata in animali, in quanto solo gli umani hanno un linguaggio. (Sistemi di comunicazione di altri animali, come i pappagalli e le balene, non sono così complesso come il nostro, non hanno il talento centrale per la grammatica che ci permette di esprimerci infinitamente, e in ogni caso, attualmente privi di qualsiasi mezzo di tradurre tra le specie.) Pertanto, la biologia del linguaggio può essere studiato solo negli esseri umani, e il metodo ICE ci porta più vicini che mai attuali meccanismi biologici del linguaggio.

Elettrodi ICE registrare l'attività elettrochimica delle cellule cerebrali e gruppi di cellule, ad altissima risoluzione temporale e spaziale. La risoluzione temporale è limitata solo dalle computer di registrazione (spazio su disco e si desidera utilizzare), che continuano a migliorare (si registra la quantità di dati a 20.000 campioni al secondo), e la risoluzione spaziale è limitata solo dalle dimensioni dell'elettrodo. Micro-scala elettrodi in grado di registrare dalle singole cellule. ICE offre anche grande risoluzione fisiologica. Siamo in grado di determinare quali tipi di cellule in quale parte della corteccia si attivano in che modo (per esempio, siamo in grado di distinguere tra esplosioni o di cottura e dei periodi di sub-soglia di attività, e in grado di rilevare quando le cellule oscillano insieme). Questo significa che possiamo scendere al livello meccanicistico dettagliata nell'ambito delle indagini la sede biologica della cognizione, in particolare lingua.

Al contrario, la maggior parte della nostra attuale comprensione di come il cervello umano funziona prima di tutto è venuto da pazienti con danni cerebrali (da ictus, per esempio, o anche da ferite di guerra): i medici associati specifico danno cerebrale con difficoltà specifiche nelle abilità mentali. Questo era approssimativa, il lavoro protratto che ha rivelato di grande ordine regioni del cervello fondamentale per una facoltà data, ma potrebbe non rivelare tutte le regioni parzialmente coinvolte nella facoltà, né la tempistica di quando in una serie di fasi di lavorazione di una regione potrebbe entrare in giocare. In tempi recenti, gran parte della nostra comprensione delle basi cerebrali della cognizione è venuto da metodi non invasivi di imaging come la fMRI e MEG . Questi metodi inaugurato un salto categorico in quali aspetti della cognizione può essere studiato e continuano a produrre idee che cambiano il nostro modo di comprendere la nostra interno (mentale) del mondo. Tuttavia, essi soffrono di grossolana risoluzione nel tempo o nello spazio o entrambi, e sono debolmente accoppiati ad eventi neurofisiologici quindi non in grado di distinguere tra i processi fisiologici. Pertanto non è attualmente possibile utilizzarli per assemblare, per esempio, un modello di parlato che include il tempo e la posizione di fasi di lavorazione necessarie, né di un modello che definisce delle cellule cerebrali che collegano con altre quando, al fine di condividere informazioni. È necessario che le informazioni da condividere, per esempio tra le entità computazionali incaricati di significato parola, la parola suono, la parola e la struttura - in modo che questi possono essere riuniti quando pronunciamo la parola finale.

Il modo in cui una sessione di registrazione funziona è questa: Mentre il paziente fa uno dei nostri compiti (o è in uno stato di riposo) i computer che normalmente registrano i segnali cerebrali continuare a farlo, e poi siamo in grado di associare i loro dati con ciò che erano facendo in quel momento. Riceviamo centinaia di canali di dati ICE direttamente dai siti all'interno del cervello, oltre a misure come il battito cardiaco e movimenti oculari.

Prossimamente, una descrizione della mia parte preferita: Analisi dei dati!