Ilmuwan Temukan Cara "Meretas Otak" Tanpa Menggunakan Pembedahan

Banyak sains yang sah - ditambah banyak fiksi ilmiah - membahas cara untuk "meretas otak". Apa yang sebenarnya berarti, sebagian besar waktu - bahkan dalam contoh fiksi - melibatkan operasi, membuka tengkorak untuk memasang kabel atau perangkat secara fisik ke dalam otak.

Tapi itu sulit, berbahaya, dan berpotensi mematikan. Akan lebih pintar untuk bekerja dengan otak tanpa harus membuka tengkorak pasien. Gangguan neurologis sering terjadi, mempengaruhi lebih dari satu miliar orang di seluruh dunia, dari segala usia, jenis kelamin, dan tingkat pendidikan dan pendapatan. Penelitian tim teknik saraf saya, sebagai bagian dari upaya yang lebih luas di seluruh disiplin bioteknologi, bekerja untuk memahami dan mengurangi berbagai disfungsi neurologis, seperti multiple sclerosis, gangguan spektrum autisme, dan penyakit Alzheimer.

Anda mungkin juga menyukai: Video Menunjukkan Jarum Otak yang Diuji pada Manusia

Mengidentifikasi dan mempengaruhi aktivitas otak dari luar tengkorak pada akhirnya dapat memungkinkan dokter untuk mendiagnosis dan mengobati berbagai penyakit sistem saraf dan gangguan mental yang melemahkan tanpa operasi invasif.

Lihat juga: Membalik Kehilangan Memori Mungkin Bisa Dengan Penggunaan "Molekul Terapi"

Koneksi Nirkabel di Dalam Otak

Kelompok saya percaya kami adalah yang pertama menemukan cara baru sel-sel saraf berkomunikasi satu sama lain. Saraf diketahui terhubung melalui hubungan fisik - atau apa yang disebut koneksi "kabel" - di mana akson dari satu sel saraf mengirimkan sinyal listrik dan kimia ke dendrit sel tetangga.

Penelitian kami telah menemukan bahwa sel-sel saraf juga berkomunikasi secara nirkabel, dengan menggunakan aktivitas kabel untuk membuat medan listrik kecil mereka sendiri, dan merasakan medan yang dibuat oleh sel-sel tetangga. Ini menciptakan kemungkinan lebih banyak jalur saraf dan dapat membantu menjelaskan mengapa berbagai bagian otak terhubung begitu cepat selama pelaksanaan tugas yang rumit.

Kami telah dapat memonitor medan listrik ini dari luar tengkorak, secara efektif mendengarkan komunikasi saraf. Kami berharap itu akan membantu kami menemukan koneksi alternatif dan sehat untuk saraf yang rusak akibat multiple sclerosis, atau menyeimbangkan kembali aktivitas saraf karena gangguan spektrum autisme, atau neuron utama untuk menembak bersama dalam pola tertentu dan mengembalikan ingatan jangka panjang yang hilang akibat penyakit Alzheimer.

Secara khusus, kami telah menemukan ketika serat saraf yang terisolasi, atau bermielin, di otak aktif dan mengirimkan sinyal sepanjang diketahui sebagai potensi aksi, daerah khusus sepanjang itu menghasilkan medan listrik yang sangat kecil. Daerah seluler tempat ini terjadi, yang disebut simpul Ranvier, bertindak seperti antena kecil yang dapat mengirim dan menerima sinyal listrik.

Gangguan pada dua struktur yang sangat terspesialisasi - selubung mielin atau simpul Ranvier - tidak hanya menghasilkan disfungsi neurologis, tetapi medan listrik di sekitarnya juga berubah.

Mendengarkan Saraf

Tantangan teknologi melibatkan penargetan bagian otak yang tepat untuk didengarkan. Perangkat harus menerima sinyal dari area yang kira-kira diameter rambut manusia, beberapa sentimeter jauh di dalam otak.

Salah satu caranya adalah dengan menempatkan sejumlah kecil patch antena fleksibel pada tengkorak untuk menciptakan apa yang kita sebut "lensa otak." Membandingkan pembacaan dari beberapa patch memungkinkan kita secara elektronik menargetkan dengan tepat saraf yang didengarkan. Kami merancang dan bereksperimen dengan metamaterial - bahan yang direkayasa pada tingkat molekuler - yang sangat bagus dalam melayani sebagai antena dengan akurasi tinggi yang dapat disesuaikan untuk menerima sinyal dari lokasi yang sangat spesifik.

Tanpa Rasa Sakit, tapi Berpotensi Besar

Dengan mendengarkan komunikasi nirkabel antar saraf, kita dapat mengidentifikasi area otak di mana medan listrik menunjukkan ada masalah. Karakteristik rinci aktivitas saraf - atau kurangnya aktivitas - dapat memberikan petunjuk tentang masalah spesifik apa yang terjadi di otak. Temuan ini dapat membantu mendiagnosis kondisi medis potensial jauh lebih mudah daripada metode saat ini.

Contohnya, pada kasus seorang pasien, seorang wanita berusia 38 tahun yang akan kita sebut "Bianca," yang telah didiagnosis dengan multiple sclerosis, penyakit degeneratif otak dan sumsum tulang belakang yang tidak memiliki obat yang diketahui.. Sistem imun pasien multiple sclerosis merusak selubung mielin di antara simpul Ranvier, menyebabkan masalah komunikasi antara otak dan seluruh tubuh. Kerusakan ini secara radikal mengubah aktivitas di saraf yang terkena.

Untuk memantau perkembangan penyakitnya, Bianca memiliki keran tulang belakang untuk melihat apakah cairan tulang belakangnya memiliki tingkat antibodi khusus yang tinggi yang terkait dengan MS. Dia juga telah melakukan scan MRI untuk mengungkapkan area otaknya di mana myelin rusak, dan akan menghadapi pengujian tambahan untuk menentukan seberapa cepat informasi mengalir melalui sistem sarafnya.

Menggunakan perangkat lensa otak akan memungkinkan dokter memantau otak Bianca tanpa ketukan tulang belakang yang menyakitkan dan MRI serta CT scan yang tidak nyaman dan menghabiskan waktu. Suatu hari mungkin memungkinkan Bianca untuk memonitor otaknya sendiri dan mengirim data ke spesialisnya untuk evaluasi.

Perawatan Terapi Tanpa Obat dan Bedah

Selain itu, kami berharap bahwa pendekatan kami dapat mengarah pada terapi baru yang juga lebih mudah bagi pasien. Saat ini, Bianca sedang minum beberapa obat yang membawa risiko kesehatan yang signifikan dan sering membuatnya merasa mual dan lelah. Dia adalah satu dari banyak, yang ingin mencoba opsi terapi yang berbeda.

Pekerjaan ini berencana untuk melampaui mengidentifikasi wilayah otaknya di mana medan listrik menunjukkan kondisi yang tidak sehat. Terinspirasi oleh manajemen jaringan komputer dan jaringan digital canggih, yang merutekan sinyal di sekitar area yang rusak atau terganggu, kami sedang mengembangkan metode di mana sistem patch kulit kepala kami dapat mengirim pesan ke otak juga.

Lihat juga: Antarmuka Otak-Komputer Dapat Menerjemahkan Pikiran-Pikiran Sederhana Menjadi Pidato

Setiap serat saraf yang rusak umumnya adalah satu dari ribuan yang dikemas bersama-sama menjadi saluran serabut saraf di mana serabut saraf tetangga biasanya sehat. Perangkat kami dapat membantu mengidentifikasi situs dengan kerusakan mielin dan mengikuti serabut saraf kembali sebelum titik kerusakan, untuk mengambil sinyal yang tidak terganggu. Kemudian kita akan menggunakan lensa otak untuk mengirimkan medan listrik komplementer ke otak, mengirimkan sinyal-sinyal sehat ke area di sekitar kerusakan myelin, untuk mendorong serabut saraf tetangga untuk membawa pesan yang seratnya tidak bisa rusak.

Sejauh ini, kami telah dapat mensimulasikan pendekatan ini dalam lingkungan super-komputasi di mana parameter saraf otak telah disediakan oleh laboratorium penelitian klinis. Dalam beberapa bulan mendatang, kami akan membangun dan menguji prototipe lensa otak. Mendengarkan otak dan berkomunikasi dengannya menawarkan serangkaian kemungkinan baru yang menarik untuk diagnosis dan perawatan medis tanpa operasi.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Salvatore Domenic Morgera. Baca artikel asli di sini.