Φορητή συσκευή “διαβάζει” τι αισθάνονται και καταλαβαίνουν τα βρέφη

Μια νέα τεχνολογία, η οποία χρησιμοποιεί αβλαβή κύματα φωτός για τη μέτρηση της δραστηριότητας στον εγκέφαλο των μωρών, έδωσε την πιο ολοκληρωμένη μέχρι σήμερα εικόνα των εγκεφαλικών λειτουργιών όπως η ακοή, η όραση και η γνωσιακή επεξεργασία, σύμφωνα με όσα περιγράφονται σε νέα μελέτη, με επικεφαλής ερευνητές του UCL – London’s Global University (UCL) και του Πανεπιστημίου Birkbeck.

Η φορητή συσκευή απεικόνισης του εγκεφάλου, η οποία αναπτύχθηκε σε συνεργασία με την εταιρεία Gowerlabs, διαπίστωσε απροσδόκητη δραστηριότητα στον προμετωπιαίο φλοιό, μια περιοχή του εγκεφάλου που επεξεργάζεται τα συναισθήματα που  συνδέονται με τις κοινωνικές σχέσεις.

Κάτι που, όπως σχολιάζουν οι επιστήμονες, φαίνεται να επιβεβαιώνει ότι τα μωρά αρχίζουν να επεξεργάζονται αυτό που τους συμβαίνει σε κοινωνικές καταστάσεις ήδη από την ηλικία των πέντε μηνών.

Η νέα τεχνολογία μπορεί να μετρήσει τη νευρική δραστηριότητα σε ολόκληρη την εξωτερική επιφάνεια του εγκεφάλου ενός μωρού, ενώ προηγούμενη έκδοσή της που αναπτύχθηκε από την ίδια ομάδα, μπορούσε να μετρήσει τη δραστηριότητα μόνο σε ένα ή δύο μέρη του εγκεφάλου ενός μωρού κάθε φορά.

Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στη χαρτογράφηση των συνδέσεων μεταξύ των διαφόρων περιοχών του εγκεφάλου και να καθορίσει τι διακρίνει την τυπική και την άτυπη νευροανάπτυξη στα κρίσιμα πρώτα στάδια της παιδικής ηλικίας.

Επίσης, θα μπορούσε να ρίξει φως σε καταστάσεις νευροδιαφορετικότητας όπως ο αυτισμός, η δυσλεξία και η Διαταραχή Ελλειμματικής Προσοχής και Υπερκινητικότητας (ΔΕΠΥ).

Η ανάπτυξη της νέας συσκευής και τα αποτελέσματα των πρώτων δοκιμών καταγράφονται σε μια νέα μελέτη, που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Imaging Neuroscience και θα παρουσιαστεί στο British Science Festival, αύριο, Σάββατο 14 Σεπτεμβρίου.

Ο δρ Liam Collins-Jones, πρώτος συγγραφέας της μελέτης από το UCL, που δημοσιεύτηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Medical Physics & Biomedical Engineering και το Πανεπιστήμιο του Cambridge, δήλωσε ότι «προηγουμένως αναπτύξαμε μια φορητή προσέγγιση απεικόνισης που θα μπορούσε να χαρτογραφήσει τη δραστηριότητα σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου. Αυτό όμως καθιστούσε δύσκολο να αποκτήσουμε μια πλήρη εικόνα, καθώς μπορούσαμε να εστιάσουμε μεμονωμένα μόνο σε μία ή δύο περιοχές, ενώ στην πραγματικότητα διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου συνεργάζονται κατά την πλοήγηση σε σενάρια του πραγματικού κόσμου».

Η νέα μέθοδος, συνέχισε ο ίδιος, μας επιτρέπει να παρατηρούμε τι συμβαίνει σε ολόκληρη την εξωτερική επιφάνεια του εγκεφάλου που βρίσκεται κάτω από το τριχωτό της κεφαλής, γεγονός που αποτελεί μεγάλο βήμα.

Ως εκ τούτου ανοίγονται δυνατότητες να εντοπίσουμε αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών περιοχών και να ανιχνεύσουμε δραστηριότητα σε περιοχές που ίσως δεν γνωρίζαμε πώς να διερευνήσουμε προηγουμένως.

«Αυτή η πληρέστερη εικόνα της εγκεφαλικής δραστηριότητας θα μπορούσε να βελτιώσει την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί ο εγκέφαλος του μωρού καθώς αλληλεπιδρά με τον περιβάλλοντα κόσμο, γεγονός που θα μπορούσε να μας βοηθήσει να βελτιστοποιήσουμε την υποστήριξη για τα παιδιά με νευροδιαφορετικές διαταραχές από νωρίς στη ζωή».

Η καθηγήτρια Emily Jones, συγγραφέας της μελέτης από το Birkbeck εξηγεί από την πλευρά της ότι «είναι η πρώτη φορά που μετρήθηκαν διαφορές στη δραστηριότητα σε μια τόσο ευρεία περιοχή του εγκεφάλου σε μωρά με τη χρήση μιας φορητής συσκευής, συμπεριλαμβανομένων των τμημάτων του εγκεφάλου που εμπλέκονται στην επεξεργασία του ήχου, της όρασης και των συναισθημάτων. Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε σε αυτή τη μελέτη, αποτελεί ένα σκαλοπάτι προς την καλύτερη κατανόηση των εγκεφαλικών διεργασιών που διέπουν την κοινωνική ανάπτυξη, τις οποίες δεν είχαμε τη δυνατότητα να παρατηρήσουμε πριν, εκτός των πολύ περιοριστικών ορίων ενός μαγνητικού τομογράφου».

Έτσι, οι ειδικοί μπορούν να κατανοήσουν τι συμβαίνει στον εγκέφαλο των μωρών καθώς παίζουν, μαθαίνουν και αλληλεπιδρούν με άλλους ανθρώπους με έναν πολύ φυσικό τρόπο.

Μελέτη σε 16 μωρά

Η νέα συσκευή δοκιμάστηκε σε 16 μωρά ηλικίας πέντε έως επτά μηνών.

Φορώντας τη συσκευή, τα μωρά κάθονταν στην αγκαλιά των γονέων τους και έβλεπαν βίντεο με ηθοποιούς να τραγουδούν παιδικά τραγούδια για να μιμηθούν ένα κοινωνικό σενάριο και βίντεο με κινούμενα παιχνίδια, όπως μια μπάλα που κυλάει σε μια ράμπα, για να μιμηθούν ένα μη κοινωνικό σενάριο.

Οι ερευνητές παρατήρησαν διαφορές στην εγκεφαλική δραστηριότητα μεταξύ των δύο σεναρίων.

Εκτός από τα απροσδόκητα ευρήματα στον προμετωπιαίο φλοιό που παρατηρήθηκαν ως απάντηση στα κοινωνικά ερεθίσματα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η δραστηριότητα ήταν πιο εντοπισμένη ως απάντηση στα κοινωνικά ερεθίσματα σε σύγκριση με τα μη κοινωνικά ερεθίσματα, επικυρώνοντας προηγούμενα ευρήματα από μελέτες οπτικής νευροαπεικόνισης και μαγνητικής τομογραφίας.

Επί του παρόντος, ο πιο ολοκληρωμένος τρόπος για να δει κανείς τι συμβαίνει στον ανθρώπινο εγκέφαλο είναι η μαγνητική τομογραφία (MRI), η οποία προϋποθέτει ότι το υποκείμενο βρίσκεται εντελώς ακίνητο μέσα στον τομογράφο για ενδεχομένως 30 λεπτά ή και περισσότερο.

Το μειονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι είναι δύσκολο να μιμηθούν φυσικά σενάρια, όπως η αλληλεπίδραση με ένα άλλο άτομο ή η εκτέλεση μιας εργασίας, ιδίως με τα βρέφη που θα πρέπει να κοιμούνται ή να είναι συγκρατημένα προκειμένου η μαγνητική τομογραφία να απεικονίσει επιτυχώς την εγκεφαλική τους δραστηριότητα.

Για να βοηθήσουν να ξεπεραστεί αυτό, τα τελευταία χρόνια η ομάδα των εν λόγω ερευνητών χρησιμοποίησε μια μορφή οπτικής νευροαπεικόνισης, που ονομάζεται οπτική τομογραφία υψηλής πυκνότητας (HD-DOT), για την ανάπτυξη φορητών συσκευών που είναι σε θέση να μελετήσουν την εγκεφαλική δραστηριότητα πιο φυσικά.

Η τεχνολογία έχει επίσης το πλεονέκτημα ότι είναι φθηνότερη και πιο φορητή από τη μαγνητική τομογραφία.

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο οπτικής νευροαπεικόνισης HD-DOT, ικανή να σαρώνει ολόκληρο τον εγκέφαλο του βρέφους.

Η συσκευή που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη προσαρμόστηκε από ένα σύστημα που αναπτύχθηκε από την Gowerlabs, μια spin-out εταιρεία του UCL που ιδρύθηκε το 2013 από ερευνητές του Εργαστηρίου Ερευνών Βιοϊατρικής Οπτικής του UCL.

Ο δρ Rob Cooper, κύριος συγγραφέας της μελέτης από το τμήμα Ιατρικής Φυσικής και Βιοϊατρικής Μηχανικής του UCL, δήλωσε ότι «αυτή η συσκευή αποτελεί ένα εξαιρετικό παράδειγμα της ακαδημαϊκής έρευνας και της εμπορικής τεχνολογικής ανάπτυξης που συνεργάζονται χέρι-χέρι. Η μακροχρόνια συνεργασία μεταξύ του UCL και της Gowerlabs, μαζί με τους ακαδημαϊκούς εταίρους μας, υπήρξε θεμελιώδης για την ανάπτυξη της φορητής τεχνολογίας HD-DOT».