Cum procesează creierul numerele

Măsurarea activității creierului uman până la nivel celular: până în prezent, acest lucru a fost posibil doar într-o măsură limitată. Cu o nouă abordare dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea Tehnică din München (TUM), va fi acum mult mai ușor. Metoda se bazează pe microelectrozi împreună cu sprijinul pacienților cu tumori cerebrale, care participă la studii în timp ce sunt supuși unei operații pe creier „treji”. Acest lucru a permis echipei să identifice modul în care creierul nostru procesează numerele.
Noi folosim numere în fiecare zi. Acest lucru se întâmplă într-un mod foarte concret atunci când numărăm obiecte. Și se întâmplă în mod abstract, de exemplu atunci când vedem simbolul „8” sau când facem calcule complexe.
Într-un studiu publicat în revista Cell Reports, o echipă de cercetători și medici care lucrează cu Simon Jacob, profesor de neurotehnologie translațională la Departamentul de neurochirurgie al spitalului universitar Klinikum rechts der Isar din cadrul UTM, a reușit să demonstreze modul în care creierul procesează numerele. Cercetătorii au descoperit că neuronii individuali din creierul participanților erau specializați în manipularea unor numere specifice. Fiecare dintre acești neuroni era deosebit de activ atunci când pacientului îi era prezentat numărul său „preferat” de elemente dintr-un model de puncte. Într-o măsură ceva mai mică, acest lucru se întâmpla și atunci când subiecții procesau simboluri numerice.
„Știam deja că animalele procesează numerele de obiecte în acest mod”, spune profesorul Jacob. „Dar, până acum, nu a fost posibil să se demonstreze în mod concludent cum funcționează acest lucru la oameni. Acest lucru ne-a adus cu un pas mai aproape de a desluși mecanismele funcțiilor cognitive și de a dezvolta soluții atunci când lucrurile nu merg bine cu aceste funcții cerebrale, de exemplu.”
Înregistrarea neuronilor individuali reprezintă o provocare
Pentru a ajunge la acest rezultat, profesorul Jacob și echipa sa au trebuit mai întâi să rezolve o problemă fundamentală. „Creierul funcționează prin intermediul impulsurilor electrice”, spune Simon Jacob. „Așadar, prin detectarea directă a acestor semnale putem învăța cel mai mult despre cogniție și percepție.”
Cu toate acestea, există puține posibilități de măsurare directă a activității creierului uman. Neuronii nu pot fi înregistrați individual prin craniu. Unele echipe medicale implantează chirurgical electrozi la pacienții cu epilepsie. Cu toate acestea, aceste proceduri nu ajung la regiunea cerebrală despre care se crede că este responsabilă de procesarea numerelor.
Avansarea inovatoare a abordărilor consacrate
Prin urmare, Simon Jacob și o echipă interdisciplinară au dezvoltat o abordare care adaptează tehnologiile consacrate și deschide posibilități complet noi în domeniul neuroștiințelor. În centrul procedurii se află rețele de microelectrozi care au fost supuse unor teste extinse în cadrul unor studii pe animale.
Pentru a se asigura că electrozii vor produce date fiabile în timpul operațiilor cu creierul uman, cercetătorii au trebuit să îi reconfigureze în strânsă colaborare cu producătorul. Trucul a constat în mărirea distanței dintre senzorii sub formă de ace folosiți pentru a înregistra activitățile electrice ale unei celule. „În teorie, electrozii strânși vor produce mai multe date”, spune Simon Jacob. „Dar, în practică, numărul mare de contacte paralizează regiunea cerebrală implantată, astfel încât nu se înregistrează date utilizabile”.
Pacienții susțin cercetarea
Dezvoltarea procedurii a fost posibilă doar pentru că pacienții cu tumori cerebrale au fost de acord să sprijine echipa de cercetare. În timp ce erau supuși unei operații pe creier, aceștia au permis implantarea senzorilor și au efectuat sarcini de testare pentru cercetători. Potrivit lui Simon Jacob, procedurile experimentale nu au afectat în mod negativ activitatea echipei chirurgicale.
Un număr mai mare de centre medicale pot efectua studii
„Procedura noastră are două avantaje cheie”, spune Simon Jacob. În primul rând, astfel de operații pe tumori oferă acces la o zonă mult mai mare a creierului. „Și în al doilea rând, cu electrozii pe care i-am folosit, care au fost standardizați și testați în ani de studii pe animale, mult mai multe centre medicale vor putea măsura activitatea neuronală în viitor”, spune Jacob. În timp ce operațiile de epilepsie sunt efectuate doar într-un număr mic de centre și pe un număr relativ mic de pacienți, explică el, mult mai multe spitale universitare efectuează operații în stare de veghe la pacienții cu tumori cerebrale. „Cu un număr semnificativ mai mare de studii cu metode și senzori standardizați, putem afla mult mai multe în următorii ani despre modul în care funcționează creierul uman”, spune Simon Jacob.