Jaka jest różnica w elektrycznej aktywności naszego mózgu, kiedy realnie wykonujemy ruch, np. kiwamy palcem, a kiedy sobie to tylko wyobrażamy? Dzięki polskim badaniom znamy odpowiedź na to pytanie. - W pierwszym przypadku obserwujemy wzrost aktywności tylko jednego ośrodka w korze ruchowej, w drugim zaś następuje intensywna wymiana informacji między obszarami mózgu otaczającymi ten ośrodek, a do konsultacji włącza się też sąsiednia półkula - twierdzi prof. Katarzyna Cieślak-Blinowska z Zakładu Fizyki Biomedycznej Uniwersytetu Warszawskiego.

Tomograf nie widzi wszystkiego

To odkrycie kolejny raz stawia na głowie naszą wiedzę o procesach myślenia. W dotychczasowych badaniach nad mózgowym interfejsem, który umożliwi sterowanie komputerem za pomocą myśli, zakładano, że nie ma tu specjalnej różnicy. Ot, chcemy siłą woli przesunąć kursor na ekranie monitora, więc myślimy o tym, a wtedy odpowiedni ośrodek kory mózgowej zaczyna "iskrzyć". Interfejs rejestruje tę aktywność, przesuwa kursor i klika "enter".

Proste? Za proste. Polskie badania pokazały, że ważna jest nie intensywność (zmiana napięcia) tego iskrzenia, lecz jego częstotliwość, a także sposób rozchodzenia się sygnału w mózgu. Według prof. Cieślak-Blinowskiej do spłycenia problemu doprowadziła panująca wśród badaczy moda na tomografię komputerową, która pozwala rejestrować w różnych częściach mózgu wzmożony metabolizm towarzyszący wykonywaniu rozmaitych czynności. Przyjęło się sądzić, że ten ośrodek, który konsumuje więcej glukozy i tlenu, jest odpowiedzialny za daną aktywność.

- Tymczasem wzrost metabolizmu w jakimś obszarze kory wcale nie musi oznaczać, że akurat tu odbywa się analiza informacji. Jeść nie znaczy myśleć - zauważa polska uczona. - Dlatego należy skupić uwagę na tych zmianach częstości rytmów mózgowych, których tomografy nie rejestrują - mówi.

Trzeba sięgnąć po EEG

Najistotniejsze są trzy przebiegi elektrycznej aktywności mózgu rejestrowane przez EEG: rytm alfa (8-13 Hz) - spoczynkowy, gdy leżymy z zamkniętymi oczami, beta (14-30 Hz) - rytm gotowości, gdy czemuś się przyglądamy, i gamma (40 Hz) - towarzyszący działaniu. Fale gamma mają napięcie dziesięciokrotnie mniejsze od dwu poprzednich i są tak silnie tłumione przez kości czaszki, że u niektórych ludzi można je wykryć dopiero po odsłonięciu mózgu.

Dotychczasowe badania nad mózgowym interfejsem wykorzystywały rytmy alfa, których napięcie rzędu 50 mV wyraźnie spada niecałą sekundę przed wykonaniem ruchu. Prototypy interfejsów i protez działających na tej zasadzie dają wprawdzie obiecujące wyniki, ale jak się teraz okazuje, ma to mało wspólnego z naturalnym działaniem mózgu. Użytkownicy uczą się bowiem sztucznie koncentrować uwagę i trudno im w ten sposób osiągnąć płynność i różnorodność ruchów.

Sztuczne wyobrażenia

Subtelnym światem wyobraźni rządzą ledwie dostrzegalne rytmy gamma. Ośrodki mózgowe biorące udział w wyobrażaniu ruchu komunikują się ze sobą na fali 40 Hz w określonej kolejności, a potem dopiero pojawia się "błysk" aktywności gamma w ośrodku mózgowym zawiadującym wykonaniem ruchu.

Nietrafne jest zatem założenie, że do sterowania interfejsem mózgowym należy wykorzystać jeden ośrodek kory, w którym obserwuje się największą zmianę. Trzeba uwzględnić współdziałanie wielu ośrodków porozumiewających się ze sobą na znacznie wyższej częstotliwości. Najświeższe, jeszcze nieopublikowane polskie badania wskazują te ośrodki oraz kolejność ich aktywacji. Można oczekiwać, że jeśli pobudzimy te rejony z zewnątrz, uda się uzyskać sztuczne wyobrażenia. Wtedy otworzą się drzwi do świata wirtualnej rzeczywistości i lemowskiej fantomatyki.

- Nie twierdzę, że to odkrycie da się natychmiast przełożyć na zastosowania praktyczne, ale jest to istotna nowa metoda pozwalająca badać, jak mózg analizuje informacje - podkreśla prof. Cieślak-Blinowska. - Wyniki mogą mieć zastosowanie w badaniach psychiatrycznych, kiedy trzeba znaleźć przyczyny zaburzeń w komunikacji pomiędzy rozmaitymi strukturami mózgu - dodaje.