Inga Griškova-Bulanova. Kaip „prakalbinti“ smegenis

Smegenų veiklos paslaptis mokslininkus domina jau seniai. „Neuromokslai yra mokslų sritis, kuri šiame amžiuje bus lyderė“, – tvirtina garsūs pasaulio mokslininkai (E. Kandelis, 2013). Šiuolaikiniame pasaulyje egzistuoja nemažai priemonių, kurias pasitelkiant galima priartėti prie paslapties įminimo.

Tobulėjant nervų sistemos funkcijų tyrimo įrankiams atsiranda vis daugiau galimybių tiesiogiai, neinvaziniu būdu tirti žmonių smegenų veiklą. Galima būtų išskirti keturias metodikas, vyraujančias šioje srityje: funkcinis magnetinio rezonanso vaizdinimas (fMRI), pozitronų emisijos tomografija (PET), magnetoencefalografija (MEG), elekt­roencefalografija (EEG).

Visi metodai remiasi skirtingų smegenų fiziologinių apraiškų stebėjimais. Vieni plačiai prieinami ir pigūs (kaip EEG), kitiems reikia didelių kaštų (PET, MEG). Šiame tekste bus aptartas plačiausiai taikomas metodas. Taip pat ir mūsų šalyje. Lietuvoje irgi tiriama smegenų veikla. Ne viena Lietuvos mokslo, mokymo ir gydymo įstaiga jau yra įsirengusi EEG laboratorijas ir įsigijusi geros kokybės EEG įrangą, kurią be didesnių apribojimų gali išlaikyti savo turimomis lėšomis. Taigi EEG – mūsų metodas!

Beje, būtent EEG metodas dažnai taikomas šiuolaikinėje kinematografijoje, vaizduojant jį ir kaip žmonių bendravimo įrankį, ir kaip aplinkos valdymo priemonę, ir kaip manipuliavimo smegenų veikla būdą. EEG buvo naudojama ir K. Buožytės filme „Aurora“, kur J. Jutaitės ir M. Jampolsko herojams ant galvų buvo uždėti šiuolaikiški tikri EEG šalmai – būtent tokie naudojami pažangiausiose pasaulio laboratorijose – ir herojai galėjo „bendrauti“ padedami savo smegenų veiklos. Dar galima prisiminti W. Pfisterio filmą „Viešpatavimas“, kur J. Deppo herojus, pasinaudojęs EEG technologija, sujungia žmogaus ir mašinos galimybes į vieną bendrai dirbantį intelektą.

Kas ta EEG? Smegenys yra elektrocheminis organas, kuriame vyksta daugybė cheminių ir elektrinių procesų. Šie procesai smegenyse yra glaudžiai tarpusavyje susiję: cheminių medžiagų (neuronešiklių) prisijungimas prie receptorių sukelia elektrinių virsmų seką, o elektriniams virsmams pasiekus tam tikrą slenkstį, sukeliami tolesni cheminiai virsmai. Tiesiogiai cheminius procesus, nepažeidžiant smegenų, tirti yra sudėtinga (taip pat brangu ir nepatogu). Užtat elektriniai procesai yra lengvai pamatuojami. Tai smegenų elektrinis aktyvumas, smegenų kalba (Pav. 1).

Uždėjus elektrodus ant galvos paviršiaus galima užregistruoti elektroencefalogramą, arba EEG, t. y. elektrinių procesų sumą, kuri vienaip ar kitaip atspindės ir neurocheminius procesus smegenyse. EEG registravimo procedūra yra rutininė ir standartizuota: elekt­rodai ant galvos išdėstomi pagal tam tikras schemas, atstumas tarp elektrodų yra griežtai apskaičiuotas, kad elektrodų padėtis atitiktų anatominius smegenų žymeklius; naudojama speciali aparatūra; registravimo sąlygoms keliami griežti reikalavimai.

„Aurora“

Vos pažvelgus į pateikiamą EEG įrašą, matyti, kad signalą (užrašą) galima apibūdinti pagal skirtingų dažnių bangas. Iš esmės EEG yra elektrinis signalas, apibūdinamas pagal dažnį. Išskiriami pagrindiniai EEG ritmai: delta – 2–4 Hz, teta – 4–8 Hz, alfa –­ 8–13 Hz, beta – 13–30 Hz, gama – daugiau nei 30 Hz. Alfa ritmas puikiai matomas O1 ir O2 kanalų užraše. Tyrimai parodė, kad kiek­vienos dažnio juostos EEG signalas yra reguliuojamas kompleksinių anatominių sistemų. Smegenų kamiene, gumbure, žievėje vykstantys procesai, kuriuose dalyvauja milžiniškas neuronų kiekis, neuronešikliais užtikrina įvairių procesų reguliaciją. Yra daug informatyvių būdų „skaityti“ EEG. Akivaizdu, EEG signalą ir tam tikrus specifinius jo pakitimus (kaip lėtųjų bangų-smailių kompleksai epilepsija sergančiųjų EEG arba lėtosios delta bangos miegančiojo EEG) galima įvertinti vizualiai, t. y. pažiūrėti ir pasakyti, kad žmogus pasiekė, pavyzdžiui, gilaus miego fazę. Tai yra kokybinis („kaip?“) vertinimo būdas. Kiekybiniam („kiek?“) EEG vertinimui reikia taikyti sudėtingas matematines procedūras.

EEG signalas gali būti registruojamas visada – juk mūsų smegenys nuolat dirba. Tačiau yra išskiriama spontaninis aktyvumas (kai tyrėjas nekontroliuoja sąlygų) ir smegenų atsakai į pateikiamus dirgiklius ar atsakai atliekant užduotį. Kiekvieną kartą, kai mums pateikiamas koks nors dirgiklis, kad ir labai paprastas, – šviesos blykstė, paprastas garsas, prisilietimas, – mūsų smegenyse įvyksta virtinė procesų, kurie skirti informacijai apie dirgiklį apdoroti. Kadangi dėl neuronų veiklos smegenyse nuolat teka elektros srovė, visi dirgiklio įvertinimo procesai pasireiškia kaip šios globalios srovės pokyčiai, kuriuos galima pamatuoti. Tyrėjų tikslas – suprasti, ką rodo vienas ar kitas srovės pokytis, t. y. suprasti smegenų kalbą.

Apie tai, kas yra kalba, ir apie mokslininkų pasiekimus aiškinantis akių kalbą jau rašė kolega A. Pleskačiauskas: „Kalba –­ tai galimybė išmokti ir vartoti sudėtingas komunikacijos sistemas.“ Gerai žinomas faktas, kad kalbą paprasčiausia išmokti bendraujant. O kaip bendrauti su smegenimis? Reikia užduoti klausimus ir prisiminti, kad atsakymas priklauso nuo klausimo. Todėl, kuo tikslesnis klausimas, tuo tikslesnio atsakymo galima tikėtis. „Klausimai“ šiuo atveju yra įvairūs dirgikliai. Kaip minėjau, dirgiklis gali būti bet koks, tačiau jo parametrai turi būti gerai žinomi. Nemažai tyrimų atliekama taikant garsinę stimuliaciją – pateikiami įvairūs garsai. Pavyzdžiui, galima pateikti žinomo dažnio tonus, keisti jų garsumą ir vertinti, kaip kinta elektroencefalograma, t. y. kaip smegenys atsako. Akivaizdu, keičiamas stimulo garsumas – tai tik vienas iš galimų variantų. Dirgiklius galima pateikti poromis ir stebėti, kaip atsakant į antrąjį dirgiklį (identišką pirmajam) vyksta slopinimo procesai. Arba reguliariai pateikiant vienodus garsus, į jų seką įterpti kiek kitokį, bet labai panašų dirgiklį, ir stebėti, kaip smegenys atskiria tą kitokį garsą. Taip pat galima tirti, ar pateikiant du dirgiklius – vieną retai, kitą dažnai –­ smegenys atpažins ir klasifikuos retai pateikiamą kaip svarbų.

Pav. 1. Elektroencefalogramos užrašo pavyzdys. 10 registravimo kanalų – viena kreivė, vienas kanalas, pateiktas 8 s įrašas – vertikalios juostos žymi 1 s

Kad būtų išgirstas atsakymas į klausimą, reikia kuo „švaresnės“ aplinkos – juk gyvename dirgiklių kupinoje aplinkoje. Todėl vykdant klasikinius eksperimentus aplinka yra griežtai kontroliuojama. Taikant tyrimo metodus būtina siekti maksimalaus jų efektyvumo ir patikimumo, o tam pirmiausia reikia identifikuoti, apibrėžti ir įvertinti kuo daugiau įvairių veiksnių, galinčių turėti įtakos tyrimų rezultatams (t. y. veiksnių, kuriuos būtina kontroliuoti). Vieni tokių veiksnių yra besikeičiančios žmogaus būsenos, pavyzdžiui, liga (kad ir sloga), cirkuliuojančių hormonų lygio kitimas (apie lytinių hormonų poveikį rašė kolegė R. Grikšienė), sužadinimo / budrumo lygių cikliškumas ar cheminių medžiagų poveikis. Teisingai interpretuojant mokslinių ir klinikinių tyrimų rezultatus, lemiamą reikšmę turi žinojimas, kaip vienas ar kitas procesas priklauso nuo tiriamojo būsenos – tiek ūmios (sužadinimo / budrumo lygio kitimo, ūmių ligų periodo ir trumpalaikės hormonų lygio fluktuacijos), tiek lėtinės (ilgalaikės ligos, toninio hormonų lygio ir kt.).

Šiuolaikinis mokslas moka užduoti klausimus ir išgirsti atsakymus. Bet jeigu girdime, ką „sako“ smegenys, ar tai išties reiškia, kad galime skaityti mintis? Ne, dar negalime... Mintys yra itin kompleksiški reiškiniai ir visų niuansų turimais metodais įvertinti dar negalime. Vis dėlto turimas žinias ir gebėjimus galime pritaikyti praktiškai. Galimos dvi smegenų elektrinės kalbos pritaikymo kryptys – panaudojimas klinikinėje praktikoje ir taikymas socia­linėms reik­mėms.

Yra žinoma, kad sergant depresija ir šizofrenija bazinės sensorinės ir pažintinės funkcijos būna pažeistos, o elektriniai jų rodikliai pakitę, lyginant su sveikais žmonėmis. Jeigu tikimasi, kad tam tikras gydymo būdas pagerins / atstatys pažeistus procesus, tai tikimasi ir smegenų objektyvių funkcionavimo rodik­lių (mūsų atveju EEG) pagerėjimo. Taip vertinant elektrinius atsakus galima stebėti ligos ir gydymo eigą, nuspėti efektyvumą ar įvertinti gydymo saugumą. Iliustruosiu pavyzdžiu.

Pav. 2. Pateikiami dviejų tiriamųjų atsakai į skirtingo garsumo dirgiklius. Pažymėti pagrindiniai vertinami žymekliai – N1 ir P2 bangos. Matome, kad garsumui intensyvėjant, bangų aukštis didėja. Bet Tiriamojo 2 bangų didėjimas yra lėtesnis: jo amplitudės ir garsumo kreivė mažiau stati negu Tiriamojo 1.

Kaip minėjau, pateikus garsą, smegenyse sukeliamas atsakas, kurio savybės priklauso nuo dirgiklio fizikinių charakteristikų, ypač nuo dirgiklio garsumo. Šį procesą valdo serotonino sistema. Kuo garsesnį stimulą pateikiame, tuo didesnės amplitudės EEG bangas gauname. Tyrimai rodo, jog depresija sergančių žmonių kreivė, atspindinti amplitudės augimą, didėjant intensyvumui yra mažiau stati / plokštesnė, kitaip tariant, smegenų atsakas didėja neproporcingai dirgik­lio garsumui (Pav. 2). Tai rodo, kad sutrikusi serotonino neuronešiklio sistemos veikla. Taigi galima atskirti depresija sergančius asmenis nuo sveikų. Tačiau įdomu tai, kad pagal kreivės statumą galima mėginti nuspėti, ar depresija sergantis žmogus yra atsparus gydymui vaistais: yra parodyta, kad gydymui atsparių asmenų kreivės yra plokštesnės. Tai žinant, galima laiku pakeisti gydymą. Šiuo metu EEG yra galingas įrankis, leidžiantis klinikinėje praktikoje neinvaziniu būdu tirti smegenų elektrinę kalbą, o tyrimo rezultatus taikyti siekiant tikslesnės diagnostikos ir geresnių gydymo rezultatų.

Kalbant apie socialinį pritaikymą, visų pirmą galima prisiminti smegenų-kompiuterio sąsajas su neurorinkodara. Taip taip, futuristiškai atrodančios smegenų-kompiuterio sąsajos (kaip minėtame „Viešpatavime“) labai dažnai kuriamos taikant EEG metodiką. Komandos prietaisams užkoduojamos smegenų elektriniame lauke. Jei kodavimas ir kodo nuskaitymas įvyksta sėkmingai, žmogus „mintimis“ gali valdyti roboto ranką, vėžimėlį arba net rinkti tekstą. Jau minėta, kad smegenys geba atpažinti tam tikrus stimulus kaip svarbius. Jeigu žmogus „rašo mintimis“, jis koncentruoja savo dėmesį į norimą parašyti raidę ir tada kiekviena kartą, kai raidė bus pateikiama kaip dirgiklis, smegenyse atitinkamai pasikeis elektrinis laukas. Jis gali būti užregistruotas, o pažangūs matematiniai algoritmai iškoduos raidę, kuri turi būti parašyta. Beje, panašus principas taikomas ir neurorinkodaros tyrimuose – iš EEG užrašo bandoma nustatyti, koks produktas yra patrauk­lesnis („svarbus dirgiklis“).

Taigi elektrinio smegenų aktyvumo tyrimai tampa vis aktualesni ir daugybė mokslininkų siekia bendro tikslo – geriau suprasti žmogaus smegenų elektrinę kalbą ir žinias pritaikyti užtikrinant visuomenės gerovę.

Draugai