Cultura si divertisment

Tehnologia Neuropixels ar putea schimba modul in care oamenii de stiinta inteleg functionarea creierului, de la procesarea limbajului si a sunetelor pana la memorie, perceptie, luarea deciziilor si controlul miscarilor. Desi creierul uman contine aproximativ 86 de miliarde de neuroni, observarea activitatii acestor celule individuale si a modului in care comunica intre ele reprezinta in continuare una dintre marile provocari ale neurostiintelor. Instrumentele traditionale permit masurarea activitatii unor grupuri de neuroni sau inregistrarea unui numar relativ redus de celule individuale. Neuropixels schimba aceasta perspectiva, oferind acces simultan la un numar mult mai mare de semnale neuronale. Potrivit unei analize publicate recent de revista stiintifica Nature, tehnologia a transformat deja cercetarea pe animale, iar in ultimii ani mai multe echipe au inceput sa o adapteze pentru experimente realizate in timpul interventiilor neurochirurgicale la oameni. Ce este Neuropixels si cum functioneaza? Neuropixels este o sonda microscopica realizata din siliciu, prevazuta cu numeroase puncte de inregistrare distribuite de-a lungul unei structuri foarte subtiri, care poate fi introdusa in tesutul cerebral. Fiecare punct de inregistrare capteaza activitatea electrica produsa de neuroni, inclusiv impulsurile cunoscute sub numele de potentiale de actiune, prin care celulele nervoase transmit informatii. Avantajul major al dispozitivului este capacitatea de a inregistra simultan semnalele provenite de la un numar mare de neuroni individuali. Astfel, cercetatorii nu mai trebuie sa studieze celulele separat, ci pot observa cum functioneaza impreuna diferite populatii neuronale si cum se modifica activitatea acestora in timpul unor procese cognitive sau al unor miscari. Prima generatie, Neuropixels 1.0, prezentata in 2017, avea 960 de puncte de inregistrare, dintre care 384 puteau fi citite simultan. Dispozitivul era conectat la un microcip de dimensiunea unui card nano-SIM, care prelua semnalele, le amplifica si le transforma in date digitale. In 2021 a fost lansata generatia Neuropixels 2.0, mai mica si mai usoara, cu patru structuri de inregistrare si un total de 5.120 de puncte, dintre care 1.536 puteau transmite simultan date. Prin comparatie, tehnologiile mai vechi utilizate in electrofiziologie aveau, de regula, cateva zeci de canale de inregistrare. Saltul tehnologic a facut posibila observarea simultana a activitatii neuronale in mai multe regiuni ale creierului. Ce au descoperit cercetatorii cu ajutorul sondelor? Neuropixels au permis studierea modului in care creierul proceseaza informatiile senzoriale, ia decizii si coordoneaza miscarile. Rezultatele unor cercetari au aratat ca activitatea asociata acestor functii este distribuita in mai multe regiuni cerebrale, nu limitata la cateva zone specializate. Un proiect international desfasurat in 2025 de International Brain Laboratory, care reuneste 12 laboratoare din Statele Unite ale Americii si Europa, a folosit aceasta tehnologie pentru a inregistra activitatea a peste 620.000 de neuroni din 279 de regiuni cerebrale, la 139 de soareci. Animalele au fost supuse unor experimente care presupuneau procesarea informatiilor vizuale, miscarea si luarea unor decizii. Cantitatea mare de date obtinuta a permis realizarea unei harti extinse a activitatii neuronale, oferind o perspectiva asupra modului in care diferite regiuni ale creierului colaboreaza. Tehnologia a contribuit si la studierea asa-numitelor varietati neuronale (neural manifolds), tipare complexe de activitate care apar atunci cand populatii mari de neuroni functioneaza impreuna. In prezent, aproximativ 1.700 de laboratoare din intreaga lume folosesc Neuropixels in cercetari desfasurate pe mai mult de 24 de specii, inclusiv primate, pasari, reptile si caracatite. Primele experimente in creierul uman. Cum sunt studiate reactiile neuronilor la cuvinte si sunete Una dintre cele mai importante directii de dezvoltare este adaptarea sondelor pentru cercetarea creierului uman. Primele utilizari ale unor dispozitive Neuropixels modificate in timpul interventiilor neurochirurgicale au fost raportate in 2022 de echipe de la Massachusetts General Hospital si University of California, San Francisco. Sondele au fost folosite in proceduri pentru tratarea epilepsiei si a unor afectiuni neurologice, inclusiv in timpul interventiilor in care medicii indepartau tesut cerebral afectat sau implantau electrozi pentru stimulare cerebrala profunda. Mai recent, cercetatori de la University College London Hospitals si Francis Crick Institute din Londra au inceput sa foloseasca tehnologia in alte tipuri de interventii. Intr-un experiment descris de Nature, o sonda Neuropixels, lunga de aproximativ un centimetru, a fost introdusa temporar in creierul unei paciente care urma sa fie operata pentru hidrocefalie cu presiune normala, o afectiune in care se acumuleaza lichid cefalorahidian in interiorul craniului. Cercetatorul Mihaly Kollo a monitorizat semnalele electrice in timp real si a prezentat pacientei secvente audio cu expresii precum "blind spot", "parking spot" si "piggy bank". Scopul experimentului a fost observarea modului in care creierul reprezinta succesiunea stimulilor si modul in care raspunsurile neuronale sunt influentate de frecventa si familiaritatea cuvintelor. Inregistrarile au evidentiat modificari ale activitatii electrice in momentul in care pacienta auzea anumite expresii, oferind cercetatorilor posibilitatea de a analiza reactiile unor neuroni individuali. O alta etapa importanta a cercetarilor de la Londra a fost realizata in septembrie 2026, in timpul unei lobectomii temporale, interventie prin care medicii indeparteaza o parte a lobului temporal pentru tratarea epilepsiei rezistente la medicamente. Cercetatorii incearca astfel sa inteleaga mai bine mecanismele neuronale implicate in perceptia limbajului si producerea vorbirii, inclusiv modul in care creierul proceseaza sunetele individuale, consoanele si vocalele. Prin ce se diferentiaza Neuropixels de alte tehnologii? Exista si alte metode de observare a activitatii cerebrale la nivel celular, insa fiecare are anumite limitari. Imagistica prin calciu, de exemplu, urmareste modificarile concentratiei ionilor de calciu care apar atunci cand neuronii devin activi. Metoda permite studierea unor populatii mari de celule, dar poate fi prea lenta pentru surprinderea cu precizie a fiecarui impuls electric neuronal si presupune, in anumite aplicatii, folosirea unor senzori introdusi genetic in celule. In cazul oamenilor, cercetatorii au utilizat in mod traditional si electrozi amplasati pe suprafata creierului, prin care pot masura activitatea electrica a unor populatii de neuroni. Aceste dispozitive ofera insa mai putine informatii despre activitatea celulelor individuale. Neuropixels permite patrunderea in tesutul cerebral si inregistrarea unor semnale la nivelul neuronilor individuali, cu o rezolutie temporala ridicata. Un neurochirurg implicat in cercetare a comparat aceasta evolutie cu diferenta dintre incercarea de a intelege o conversatie intr-o intersectie aglomerata, folosind un singur microfon, si posibilitatea de a avea cate un microfon individual pentru fiecare participant la discutie. Ce urmeaza: sonde capabile sa monitorizeze zeci de mii de neuroni Dezvoltatorii lucreaza deja la Neuropixels 3.0, o noua generatie care ar putea permite inregistrarea simultana a activitatii a 10.000 pana la 20.000 de neuroni la rozatoare si a 30.000 pana la 50.000 la primatele non-umane. O alta directie de cercetare urmareste combinarea inregistrarilor electrice cu optogenetica, metoda care permite activarea sau inhibarea anumitor neuroni cu ajutorul luminii. Astfel, dispozitivele nu ar mai fi folosite doar pentru observarea activitatii cerebrale, ci si pentru modificarea controlata a acesteia, ceea ce ar putea ajuta la identificarea rolului anumitor grupuri de neuroni. Cercetatorii analizeaza si posibilitatea integrarii tehnologiei Neuropixels cu procedura stereoelectroencefalografiei, utilizata pentru monitorizarea activitatii electrice a creierului la pacientii cu epilepsie. Poate Neuropixels sa citeasca gandurile? Limitele unei tehnologii promitatoare Desi permite inregistrarea activitatii unui numar impresionant de neuroni, Neuropixels nu este un dispozitiv care poate citi gandurile si nici nu poate traduce automat activitatea cerebrala in amintiri, intentii sau propozitii. Sonda inregistreaza impulsurile electrice ale celulelor nervoase. Interpretarea tiparelor complexe de activitate si identificarea informatiilor pe care acestea le reprezinta necesita in continuare experimente, algoritmi de analiza si o intelegere mult mai aprofundata a circuitelor neuronale. Utilizarea la oameni presupune si provocari tehnice si medicale. Miscarile creierului, inclusiv pulsatiile asociate batailor inimii, pot afecta inregistrarile, iar aparatura din sala de operatie poate produce interferente electrice. Exista si riscul, rar, ca structura foarte subtire a sondei sa se fractureze in timpul introducerii sau retragerii. In plus, experimentele umane sunt deocamdata limitate la sesiuni scurte, desfasurate in timpul unor interventii chirurgicale indicate din motive medicale, cu aprobarile necesare si acordul pacientilor. Neuropixels nu este inca un implant destinat monitorizarii permanente a creierului. O alternativa pentru utilizarea pe termen lung este reprezentata de electrozii flexibili cu pelicula subtire, care se asaza pe suprafata creierului si se pot adapta mai bine miscarilor acestuia, insa nu ofera aceeasi rezolutie la nivel celular.