Hlbšie k tajomstvám mozgu

Vďaka technológiám sa život úžasným spôsobom začína zjednodušovať. Možno nie je ďaleko deň, keď si len pomyslíme a technika za nás napíše mail či zapne klimatizáciu.

Na ďalší stupeň pochopenia fungovania nášho hlavného riadiaceho orgánu je nutné jeho hlbšie skúmanie. Oveľa podrobnejšie, než aké sme doteraz vykonávali. Ideálny stav by nastal, keby sme vedeli doslova čítať myšlienky v reálnom čase, teda už počas toho, ako daná idea skrsne v mozgu. Keby sme vedeli merať pocity a presne identifikovať reakcie mozgu na každý stimul, bol by to veľký pokrok. A presne tento cieľ – mapovať ľudský mozog v reálnom čase – si zvolili výskumníci z Princetonskej univerzity v spolupráci s Intelom. Asi to znie trochu paradoxne, no ľudský mozog nie je schopný spracovávať množstvo údajov, ktoré sú výstupom meraní aktivity ľudského mozgu. Je preto potrebné siahnuť po úplne novom prístupe. Ten sprostredkujú umelé neurónové siete, zažívajúce rozmach v podstate len posledných niekoľko rokov. Ešte nedávno by sa však takéto veľké množstvo mozgových skenov nedalo efektívne a zmysluplne analyzovať. Výsledkom spoločnej práce univerzity a technologického giganta je ucelené riešenie na skenovanie a analýzu údajov z meraní, ktoré sa združujú v cloude. Toto riešenie je typu open-source, takže ho môžu používať aj ďalšie inštitúcie, disponujúce skenerom na fMRI. Ide o systém tzv. funkčnej magnetickej rezonancie na mapovanie odozvy mozgu na vonkajšie a vnútorné podnety. Vďaka cloudu sa zhromažďované informácie z meraní fMRI a analýzy dajú použiť spoločne pre blaho všetkých.

Systém FMRI

Systémy fMRI fungujú trochu inak než bežná magnetická rezonancia mozgu. Tá, zjednodušene povedané, využíva magnetizmus atómov a molekúl na vytvorenie statického 3D obrazu, ktorý následne manuálne analyzuje lekár. Funkčná magnetická rezonancia má schopnosť detegovať dynamické zmeny v pomere oxyhemoglobínu a deoxyhemoglobínu, čiže okysličeného a neokysličeného hemoglobínu, čo je krvné farbivo v červených krvinkách, viažuce na seba kyslík. Práve pomer okysličenia hemoglobínu a sledovanie prietoku krvi v mozgovej kôre používa fMRI na mapovanie neurálnej aktivity. Deoxyhemoglobín má paramagnetické vlastnosti, to znamená, že aj keď je bežne bez magnetických vlastností, v prítomnosti magnetického poľa je k zdroju poľa priťahovaný. Vďaka tomu pôsobí ako kontrastná látka pri magnetickej rezonancii. Aktívna časť mozgu sporebúva kyslík a poskytuje silnejší signál než ostatné, menej aktívne či neaktívne oblasti.Vedci analyzujú nazbierané informácie, aby vytvorili akúsi myšlienkovú mapu. Tá zachytáva kognitívne štádiá a procesy v mozgu na úrovni jedného voxelu (3D pixel). Bežný mozgový sken obsahuje približne milión voxelov, z čoho vyplýva, že spracovanie si vyžaduje obrovský výpočtový výkon. Ide totiž o spracovanie reakcie okysličenia a prietoku krvi v každom bode mozgu definovanom voxelom, a to vzhľadom na vonkajšiu senzorickú stimuláciu aj vnútorné myšlienkové procesy. Použitie umelej inteligencie je iba logické vyústenie potreby urýchlenia nielen procesu vytvárania a triedenia jednotlivých mozgových skenov, ale aj analýzy kvanta produkovaných dát s reakciami v reálnom čase.Umelá inteligencia sa učí priraďovaním mozgovej aktivity k určitému typu stimulov. Účastníkom výskumu ukazujú rôzne typy obrázkov a počas toho skenujú v reálnom čase ich neurálnu aktivitu. Vďaka strojovému učeniu je umelá inteligencia schopná priraďovať obsah obrázkov k mozgovej aktivite a pri novom type obrázku potom dokáže odhadovať, ako by mala príslušná aktivita v mozgu vyzerať.

Prefrontálny kortex

Úžitok z mapovania mozgu pomocou umelej inteligencie má spočívať hlavne v možnosti liečiť nielen fyziologicky podmienené duševné poruchy. Jeho využitie sa isto nájde aj v nespočetnom množstve ďalších oblastí, napríklad v zdokonalení neurálnych rozhraní na ovládanie elektroniky, umelých končatín a pod. Vedecká časť Intelu, presnejšie tím projektu Mind’s Eye, vidí výhody aj vo vylepšení algoritmov na analýzu a spracovanie obrovského množstva dát, ktoré pri tomto projekte vzniká. Tieto zdokonalené algoritmy by sa mali dať následne využiť v strojovom učení umelej inteligencie, ktorá povedie napríklad k dokonalejším systémom pre autonómne vozidlá. Strojové učenie sa však využíva aj na objavovanie nových postupov a liekov v medicíne či na detekciu príznakov civilizačných chorôb ako rakovina. Kognitívna neuroveda potvrdzuje, že kreativita, myšlienky a logické myslenie vznikajú v prefrontálnom kortexe, ktorý sa nachádza v prednej časti lebky. Práve pri problémoch s prefrontálnym kortexom vznikajú duševné poruchy ako depresia, úzkostné stavy, bipolárna porucha, schizforénia, posttraumatický stresový syndróm, fóbie a podobne. Spomínaný projekt už v súčasnosti prebieha, datábaza údajov z mozgových skenov sa ustavične zväčšuje a vedci sa vďaka tomu oboznamujú s normálnym aj abnormálnym fungovaním oblastí mozgu vrátane prefrontálneho kortexu. Údaje umožňujú navrhnúť postupy na riešenie zistených problémov. Zatiaľ sa hovorí najmä o mozgovom tréningu. Preto je jedna zo súčastí projektu zisťovanie efektivity tréningu kognitívnych funkcií. Výskumníci sa pri ňom usilujú pochopiť, ktoré postupy môžu spôsobiť pozitívne zmeny v mozgu, a ktoré, naopak, nezaberajú. Predpokladajú, že jedným z takýchto tréningov by mohla byť stimulácia obrazovým a iným mediálnym obsahom. Údajne už teraz existujú dôkazy, že by takéto spôsoby neuroterapie mohli byť účinné. Pred začatím projektu mapovania vedci z Princetonu totiž skúmali jeho budúce opodstatnenie. Aby zistili, či je možné takúto terapiu vôbec vyvinúť, vystavovali dobrovoľníkov kombináciám obrázkov, ktoré v dvoch vrstvách spájali neutrálne výjavy so smutnými tvárami. Účastníci výskumu pritom dostali za úlohu sústrediť sa na neutrálne výjavy.

Peter Vnuk
Foto Pixabay, Fotky&Foto