100 години изследвания на човешкия мозък: От първия експеримент до съвременните открития

Електроенцефалографията (ЕЕГ) е изобретена преди 100 години и оттогава е революция в изучаването на човешкия мозък. Този метод за записване и отчитане на мозъчната активност се превърна в ключов инструмент за изследователите, като позволява много по-задълбочено разбиране на възприятието, паметта и други когнитивни функции, както и е от голяма полза при диагностицирането и лечението на различни мозъчни заболявания, включително епилепсия.

Откриването на ЕЕГ

На 6 юли 1924 година психиатърът Ханс Бергер записва за първи път електрическата активност на човешкия мозък, провеждайки експеримент върху 17-годишен пациент, подложен на неврохирургия. Дотогава подобни изследвания са били провеждани само върху животни. Бергер се опитвал да открие физическата основа на умствената енергия или умственото усилие при хората. Той измервал обема и температурата на мозъка, за да изследва промените в умствените процеси като умствена работа, внимание и желание.

Бергер започва да записва електрическата активност на мозъка и през 1924 гoдина получава първите резултати, но ги публикува едва през 1929 година. Тези 5 години са период на съмнения и усъвършенстване на експерименталната постановка. Бергер провежда стотици записи на ЕЕГ върху различни субекти, включително собствените си деца, като преодолява както успехи, така и неуспехи. В крайна сметка той публикува поредица от статии в списание Archiv für Psychiatrie и се надява да получи Нобелова награда. Научната общност обаче дълго време се съмнява в неговите открития и едва години по-късно други изследователи започват да използват ЕЕГ в работата си. През 1940 година Бергер е номиниран за Нобелова награда, но поради Втората световна война наградата не е присъдена.

Невронни осцилации

Когато много неврони са активни по едно и също време, те произвеждат електрически сигнал, който може да бъде записан с помощта на електроди, поставени на главата. След откриването на ЕЕГ изследователите са доказали, че активността на невроните осцилира с определени честоти. При първите записи на ЕЕГ Бергер забелязва преобладаваща осцилаторна активност с честота 8-12 Hz, наречена алфа ритъм. Оттогава са направени много опити да се разберат механизмите и причините за невронните осцилации.

Невронните осцилации играят важна роля в ефективната комуникация между специализираните области на мозъка. Например тета осцилациите с честота 4-8 Hz са важни за взаимодействието на мозъчните области, отговорни за кодирането и възпроизвеждането на паметта. Изследователите са проучили възможността за модифициране на невронните осцилации с цел подобряване на когнитивните функции. Различни поведенчески и неинвазивни техники могат да променят невронните осцилации, което да доведе до промени в когнитивното представяне. Например проучвания показват, че практикуването на медитация за осъзнатост повишава тета честотите и подобрява запаметяването.

Неинвазивните техники за мозъчна стимулация също могат да бъдат насочени към специфични честоти. Различни проучвания показват, че мозъчната стимулация на тета честотата подобрява запаметяването. ЕЕГ е довела и до значителни открития в разбирането на начина, по който мозъкът обработва информацията в различни когнитивни области, включително възприемането на заобикалящия ни свят, концентрацията, общуването чрез езика и обработката на емоциите.

Диагностика и лечение на мозъчни заболявания

ЕЕГ се използва широко за диагностициране на нарушения на съня и епилепсия, както и за определяне на стратегии за лечение на мозъчни нарушения. Изследователите проучват начини за подобряване на паметта с помощта на неинвазивна мозъчна стимулация. Въпреки, че тези изследвания са в начален стадий, вече има обещаващи резултати. Например, едно проучване установи, че неинвазивната мозъчна стимулация с гама честота (25 Hz) подобрява паметта и предаването на невротрансмитери при пациенти с болестта на Алцхаймер.

Нов вид неинвазивна мозъчна стимулация, наречена темпорална интерференция използва две високи честоти, за да създаде невронна активност, равна на разликата между честотите на стимулацията. По-високите честоти могат да проникнат по-добре в мозъка и да достигнат до целевата област. Изследователите наскоро тестваха този метод върху хора, като използваха честоти от 2000 Hz и 2005 Hz, за да изпратят тета честота от 5 Hz до ключовата за паметта мозъчна област – хипокампуса. Това довело до подобряване на способността за запомняне на имена, свързани с лица.

Въпреки окуражаващите резултати са необходими още изследвания, за да се разбере точната роля на невронните осцилации в познанието и дали те могат да бъдат променени за дългосрочно подобрение на познавателните способности.

Бъдещето на ЕЕГ

100-годишнината на ЕЕГ е повод да се замислим какво е научено за функционирането на мозъка и какво е бъдещето на техниката. В проучване, проведено от Nature Human Behaviour повече от 500 изследователи, използващи ЕЕГ направиха прогнози за бъдещето на техниката и какво ще бъде възможно през следващите 100 години.

Някои изследователи прогнозират, че ЕЕГ ще се използва за диагностициране и създаване на целенасочено лечение на мозъчни нарушения. Други смятат, че достъпната и преносима ЕЕГ ще се използва широко за подобряване на когнитивните функции у дома или ще бъде интегрирана в приложения за виртуална реалност. Възможностите са наистина огромни.