10 Avanzamenti Sci-Fi in Mind-Bending in Brain Science

La maggior parte delle persone non pensa alle neuroscienze quotidianamente. Il lavoro dei neuroscienziati è solitamente una ricerca oscura e noiosa che migliora in modo incrementale la nostra comprensione del cervello e del nostro sistema nervoso.

Tuttavia, occasionalmente, i loro esperimenti portano a scoperte che altrimenti appaiono solo nei romanzi di fantascienza. Ecco alcuni dei più sorprendenti.

10Creazione di ricordi artificiali

È possibile creare artificialmente una memoria completamente falsa che è praticamente indistinguibile da una vera? Sì, lo è, se sei uno dei ricercatori dell'UC Irvine.

In uno studio sui ratti, questi ricercatori sono riusciti a introdurre nuovi ricordi mirati nel cervello dei roditori. Hanno suonato un tono specifico a cui volevano che i ratti rispondessero, rilasciando contemporaneamente acetilcolina, una sostanza chimica responsabile della formazione di nuovi ricordi.

Il risultato? I ratti hanno sviluppato la risposta attesa a quel particolare tono, quando testato il giorno dopo l'esperimento. Questi nuovi ricordi avevano "le stesse caratteristiche" delle loro controparti presenti in natura. Inoltre, i ricordi artificiali sono stati mantenuti nel lungo periodo, dimostrando che è possibile modellare in modo permanente i ricordi in condizioni di laboratorio.

I ricercatori sperano che questi risultati aprano la strada per aiutare le persone con problemi di memoria e di apprendimento, introducendo potenzialmente nuovi ricordi usando tecniche accelerate simili. Probabilmente siamo ancora lontani da un futuro in cui acquisiamo nuove conoscenze su richiesta, come i protagonisti di La matricema si può sempre sognare.

Oh, e parlando di sogni ...

9 Manipolazione dei sogni

Se c'è una cosa che sappiamo sui sogni, è che sono unici per ogni individuo. Sono un prodotto delle tue recenti esperienze, emozioni e pensieri. Non puoi semplicemente far sognare qualcuno come vuoi.

O puoi?

Gli scienziati del MIT sono riusciti a fare proprio questo. Hanno iniziato allenando i topi per eseguire un labirinto. Ai topi sono stati dati due segnali audio distinti per aiutarli a navigare nel labirinto e trovare le leccornie. Un tono direbbe ai ratti che il trattamento era alla loro sinistra; l'altro tono ha detto loro di girare a destra. I ratti amano le prelibatezze, quindi ben presto impararono che cosa significassero i due toni diversi e risposero a loro di conseguenza durante la navigazione nel labirinto. I ricercatori hanno quindi registrato i cambiamenti specifici nelle onde cerebrali dei ratti mentre rispondevano ai due toni diversi.

Finalmente, era tempo di pasticciare con i sogni dei topi. Quando i ratti andarono a dormire, la loro attività cerebrale fu monitorata per stabilire che, sì, stavano sognando di correre attraverso il labirinto. A quel punto, i ricercatori hanno provato a influenzare i sogni suonando i due toni diversi.

Curiosamente, le scansioni del cervello hanno mostrato che i ratti, mentre sognavano, rispondevano agli spunti audio esattamente nello stesso modo in cui lo facevano quando erano svegli. Questo esperimento dimostra che i sogni possono essere modellati direttamente da trigger esterni. I ricercatori hanno persino ipotizzato che un giorno sarà possibile per le persone avere sogni personalizzati attraverso tale "ingegneria dei sogni".

8Registrazione dei sogni

E se volessi registrare i tuoi sogni, in modo che tu possa guardarli più tardi, come un film? Si scopre che, alla fine, questo potrebbe essere possibile. Uno studio condotto da ricercatori a Kyoto, in Giappone, ha dimostrato che le scansioni cerebrali possono essere utilizzate per creare una rappresentazione dei sogni delle persone, in tempo reale.

Il primo stadio del loro studio aveva persone che dormivano all'interno di uno scanner MRI mentre veniva registrata la loro attività cerebrale. Sono stati poi svegliati e intervistati su ciò che avevano visto mentre sognavano. Questo è stato fatto circa 200 volte per ciascuno dei tre partecipanti allo studio.

Durante la seconda fase, i ricercatori hanno isolato i 20 oggetti più comunemente visti e hanno trovato delle foto che li rappresentano. Mostrarono questi oggetti ai partecipanti, mentre misuravano le risposte dei loro cervelli a loro per stabilire una correlazione. Successivamente, i ricercatori hanno alimentato le foto e le scansioni MRI corrispondenti in un algoritmo di apprendimento.

Alla fine, i tre partecipanti sono stati invitati a dormire nuovamente nello scanner MRI. Nel frattempo, l'algoritmo intelligente ha generato stringhe di immagini, basate sull'attività cerebrale dei dormienti. I soggetti sono stati poi svegliati e hanno chiesto dei loro sogni. Alla fine, l'algoritmo è stato in grado di abbinare i sogni con una precisione del 60% circa.

Benché non sia perfetto, questo è un primo passo verso la possibilità di registrare veramente i sogni. Sappiamo già che è possibile creare film grezzi ma sorprendentemente avanzati che rappresentano l'attività del nostro cervello. Alla luce di questo studio sui sogni giapponesi, potrebbe essere solo una questione di tempo prima che possiamo fare lo stesso con i nostri sogni.

7 Trapianti di cellule cerebrali

I trapianti di cervello possono essere utilizzati per migliorare la funzione cerebrale? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati del Medical Center dell'Università di Rochester hanno creato topi chimerici umani. Sembra una cosa minacciosa, ma significava semplicemente che a questi topi venivano dati astrociti umani, un particolare tipo di cellule cerebrali. I topi sono stati iniettati con 100.000 di questi astrociti mentre si stavano ancora sviluppando.

Sorprendentemente, quando i topi hanno compiuto sei mesi, queste cellule umane hanno sostanzialmente sostituito completamente le cellule cerebrali dei topi equivalenti. I ricercatori hanno quindi sottoposto i topi a numerosi test, progettati per valutare la loro memoria e le capacità di apprendimento. Questi topi "intelligenti" hanno finito per esibirsi nettamente meglio in un'ampia gamma di test rispetto al gruppo di controllo, e in generale hanno dimostrato di essere più veloci nell'apprendimento.

Il neuroscienziato Bruce Ransom ha riconosciuto il significato di questa ricerca, affermando: "È un risultato sorprendente.Fornisce la prima prova inequivocabile che gli astrociti potrebbero essere stati uno dei driver evolutivi delle capacità umane. "Curiosamente, questa citazione è sospettosamente priva di commenti sui pericoli della riproduzione di roditori iper-intelligenti.

6Migliorare la vigilanza

Siamo stati tutti in situazioni che richiedevano una concentrazione prolungata: pensate agli esami finali, alla dichiarazione dei redditi e Signore degli Anelli maratone. Tutti possiamo attestare che alla fine ci stanchiamo e perdiamo la nostra capacità di prestare attenzione. E se ci fosse un modo per renderci più allerta durante questi tipi di attività?

C'è, e tutto ciò che serve è zapping del cervello con una corrente elettrica controllata. Uno studio ha sottoposto i partecipanti a una serie di test di vigilanza. Alcuni partecipanti hanno ricevuto una stimolazione cerebrale non invasiva, sotto forma di "stimolazione transcranica diretta prefrontale" (tDCS). Altri hanno ricevuto un trattamento fasullo. Alla fine, le persone che ricevevano il TDC erano più focalizzate e mantenevano il loro livello di attenzione per lunghi periodi di tempo.

Lo studio dimostra che la stimolazione mirata può essere efficacemente applicata per utilizzare meglio le risorse spesso non sfruttate del cervello; le persone possono essere rese più vigili. I ricercatori suggeriscono che questo metodo è adatto per controbilanciare la diminuzione delle prestazioni dei lavoratori che richiedono lunghi periodi di attenzione sostenuta.

5Making Better Liars

Non tutto il TDC è usato per sempre. Alcune applicazioni della stimolazione cerebrale non invasiva possono essere indirizzate verso una ricerca meno etica: aiutandoci a mentire in modo più convincente.

Uno studio ha istruito 44 volontari a giocare di ruolo come ladri. I partecipanti dovevano fingere di rubare denaro e sono stati poi interrogati in merito ai loro misfatti. Questo interrogatorio è stato condotto tramite il "Guilty Knowledge Test", una variante del test del poligrafo.

Usando il TDC per inibire la funzione della corteccia prefrontale anteriore - la parte del cervello responsabile dell'inganno - gli scienziati sono stati in grado di innescare notevoli miglioramenti nella capacità di mentire dei soggetti testati. Le persone che ricevevano la stimolazione cerebrale erano più veloci nel trovare bugie, anche se non erano più veloci nel rispondere sinceramente. Forse ancora più interessante, questi partecipanti hanno anche dimostrato di sentirsi meno colpevoli di mentire rispetto al gruppo di controllo.

Ciò indica che potrebbe essere possibile migliorare la capacità di qualcuno di mentire a volontà, se necessario. Pensa ai molti professionisti che potrebbero trarre beneficio da questo tipo di abilità mentire migliorata: spie, poliziotti sotto copertura, soldati fatti prigionieri e politici in difesa delle campagne.

4 Musica frenante

È risaputo che la musica ha un effetto misurabile sul nostro umore e sulla nostra percezione del mondo. Probabilmente puoi facilmente ricordare un momento in cui una canzone particolarmente triste ti rendeva malinconico o, al contrario, una canzone allegra che ti faceva venire voglia di sorridere e ballare.

È venuto fuori che non sono solo le nostre emozioni a trarre beneficio da una buona dose di musica. Le nostre capacità cognitive possono anche essere influenzate dall'ascolto di specifici spartiti musicali. La ricerca della Northumbria University nel Regno Unito ha avuto persone che eseguivano un test che misurava la concentrazione mentale. I partecipanti dovevano osservare la comparsa di un quadrato verde sullo schermo di un computer e premere lo spazio mentre lo faceva, ignorando altri colori e forme.

Alcuni partecipanti lo hanno fatto in silenzio; altri hanno ascoltato diversi movimenti da Vivaldi Le quattro stagioni concerti. Il concerto "Spring" più ottimistico ha prodotto il miglior tempo di risposta medio di 393,8 millisecondi; il lento "Autunno" ha aumentato il tempo di reazione delle persone a 413,3 millisecondi, rispetto ai 408,1 millisecondi per coloro che non ascoltavano affatto la musica.

Un altro studio ha dimostrato che la musica può aiutare le persone a ricordare i ricordi autobiografici in seguito ad una "lesione cerebrale acquisita". Quindi sembra che la musica scelta con cura possa giocare un ruolo fondamentale nell'aumentare le capacità cognitive, l'attenzione e la memoria delle persone.

3 Cervello protesico

Ormai, la scienza è avanzata abbastanza da trovare modi per sostituire la maggior parte del nostro corpo. Abbiamo braccia protesiche, gambe protesiche e sembra essere sul punto di rendere funzionanti gli occhi protesici. Tuttavia, il cervello è molto più complesso di un arto. Fare una protesi cerebrale è lontano da un compito semplice, e siamo molto lontani dal fare sostituzioni cerebrali pienamente funzionali. Ciononostante, stiamo facendo significativi passi in avanti su questo fronte, con una cosiddetta "protesi neurale" che è stata dimostrata per ripristinare la funzione cerebrale dopo trauma cranico.

In uno studio proof-of-concept, gli scienziati hanno interrotto la comunicazione tra le aree del cervello di un topo, simulando una lesione traumatica al cervello. I 16 ratti dello studio hanno perso quasi tutte le funzioni negli arti anteriori. Alcuni sono stati lasciati non trattati; ad altri è stato dato un dispositivo che stimolava a caso diverse aree del cervello. Un terzo gruppo di ratti è stato dotato della protesi neurale, che ha creato un ponte tra le due aree disconnesse del cervello.

I risultati sono stati convincenti. Dopo due settimane, il gruppo di protesi neurali ha riguadagnato la funzione cerebrale in misura tale che "i loro movimenti erano indistinguibili dal loro comportamento prima della lesione cerebrale." L'interfaccia impiantata cervello-macchina-cervello permetteva fondamentalmente alle due aree disconnesse del cervello di comunicare tra loro ancora una volta. I ricercatori sperano che questo studio porti alla creazione di una protesi simile per il trattamento di lesioni cerebrali e traumi cerebrali negli esseri umani. Combinati, questi tipi di lesioni, negli Stati Uniti da soli, colpiscono quasi tre milioni di persone.

2Hacking Brains per accedere ai dati sensibili

Tutti sanno che i nostri dispositivi digitali sono soggetti agli attacchi degli hacker.Le persone che conoscono la tecnologia possono accedere con facilità alle informazioni sulla carta di credito e ai codici PIN, soprattutto se la maggior parte delle password sono letteralmente "password". Il modo migliore per tenere riservati i dati sensibili è archiviarli in modo sicuro nella fortezza inaffondabile che è il tuo cervello . In questo modo, nessuno potrebbe avere accesso alle informazioni, giusto?

Non proprio. Alla USENIX Security Conference 2012, i ricercatori hanno dimostrato come le informazioni possano essere rese più facili da estrarre utilizzando dispositivi semplici e immediatamente disponibili. Per la loro dimostrazione, hanno usato un'interfaccia cervello-computer (BCI) relativamente poco costoso, prontamente disponibile e il loro programma di lettura della mente. I partecipanti sono stati analizzati senza essere stati esplicitamente informati che il loro cervello sarebbe stato "hackerato" nel processo.

Leggendo i segnali di elettroencefalogramma (EEG) prodotti dal cervello dei soggetti, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che l'accesso a informazioni private, codici PIN, dati di carte di credito e così via, può essere reso più facilmente misurabile tramite dispositivi BCI di livello consumer. Pur non rendendo tali informazioni completamente trasparenti, "l'entropia delle informazioni private è diminuita in media di circa il 15-40 percento rispetto agli attacchi di indovinamento casuale", quando si utilizza BCI.

1 Controllo di controllo

Per quanto siano curiosi come gli studi precedenti, forse nessuno di essi si avvicina al regno della fantascienza come controllo della mente - uno dei "Se e se" più esplorati in molti film e libri. Mentre il vero controllo della mente non è esattamente all'orizzonte, alcuni studi recenti hanno prodotto risultati piuttosto straordinari.

In uno studio della Harvard Medical School, gli umani sono stati in grado di controllare direttamente i movimenti della coda di un topo usando solo i pensieri. I soggetti umani erano dotati di un dispositivo BCI che convertiva i loro pensieri in comandi del computer. I ratti, a loro volta, erano dotati di un'interfaccia computer-a-cervello che utilizzava ultrasuoni focalizzati per stimolare il loro cervello.

Di conseguenza, una connessione cervello-a-cervello si è aperta tra gli umani ei ratti, consentendo agli umani di controllare a distanza le code dei topi a piacimento. Lo studio ha avuto un sorprendente tasso di successo del 94%, in sei diversi umani e in sei ratti diversi. In particolare, la connessione cervello-a-cervello stabilita era del tutto non invasiva e non richiedeva procedure chirurgiche complesse.

Se pensi che sia impressionante, aspetta di parlarti di un recente studio all'Università di Washington. Questo studio usava una comunicazione cervello-a-cervello simile, con una differenza degna di nota: entrambi i soggetti erano umani.

Due ricercatori erano situati in diverse parti del campus universitario. Uno indossava un berretto che convertiva i suoi pensieri in segnali elettrici, mentre il suo collega ne indossava uno che permetteva al suo cervello di ricevere segnali magnetici. Il primo ricercatore ha dovuto giocare a un gioco per computer che gli ha fatto sparare un cannone contro bersagli diversi. La presa? Doveva farlo senza usare le mani. Invece, ha dovuto immaginare di sparare il cannone nella sua mente, facendo in modo che il suo collega facesse il vero tasto-pressione al momento giusto.

Lo studio è stato un successo. Mentre i ricercatori sono pronti a sottolineare che questo esperimento è abbastanza semplice nella sua configurazione, ritengono che sia un primo passo cauto verso applicazioni più complesse. A distanza di alcuni anni potremmo vedere numerosi usi sociali per tale controllo mentale diretto. Questi possono includere qualsiasi cosa, dal lasciare che le persone con disabilità comunichino meglio, ad aiutare remotamente qualcuno a far atterrare un aereo.

Per ora, è una speculazione. Eppure una cosa è certo: la neuroscienza è un'area di ricerca sempre più interessante che sicuramente ha in serbo per noi ulteriori sviluppi futuristici.