Neurotechnologie - Neurotechnology
Neurotechnologie ist ein Begriff, der verwendet wird, um jede Methode oder jedes Gerät zu umfassen, bei dem die Elektronik direkt mit dem Nervensystem verbunden ist , einschließlich derjenigen, die die Gehirnfunktion durch medizinische Neuromodulation verbessern und reparieren .
Hintergrund
Das Gebiet der Neurotechnologie gibt es seit fast einem halben Jahrhundert, ist aber erst in den letzten zwanzig Jahren ausgereift. Das Aufkommen der Bildgebung des Gehirns revolutionierte das Feld und ermöglichte es Forschern, die Aktivitäten des Gehirns während der Experimente direkt zu überwachen. Die Neurotechnologie hat erhebliche Auswirkungen auf die Gesellschaft, obwohl ihre Präsenz so alltäglich ist, dass viele ihre Allgegenwart nicht erkennen. Von Arzneimitteln bis hin zu Gehirnscans betrifft die Neurotechnologie fast alle Industriellen direkt oder indirekt, sei es von Medikamenten gegen Depressionen, Schlafstörungen, ADS oder Antineurotika bis hin zu Krebsscans, Schlaganfallrehabilitation und vielem mehr.
Mit zunehmender Tiefe des Feldes wird es der Gesellschaft möglicherweise ermöglichen, mehr von dem zu kontrollieren und zu nutzen, was das Gehirn tut und wie es Lebensstile und Persönlichkeiten beeinflusst. Alltägliche Technologien versuchen dies bereits; Spiele wie BrainAge und Programme wie Fast ForWord , die darauf abzielen, die Gehirnfunktion zu verbessern, sind Neurotechnologien.
Gegenwärtig kann die moderne Wissenschaft fast alle Aspekte des Gehirns abbilden und einen gewissen Grad der Gehirnfunktion kontrollieren. Es kann helfen, Depressionen , Überaktivierung, Schlafentzug und viele andere Zustände zu kontrollieren . Therapeutisch kann es helfen, die motorische Koordination von Schlaganfallpatienten zu verbessern , die Gehirnfunktion zu verbessern, epileptische Episoden zu reduzieren (siehe Epilepsie ), Patienten mit degenerativen motorischen Erkrankungen ( Parkinson-Krankheit , Huntington-Krankheit , ALS ) zu verbessern und kann sogar dazu beitragen , die Wahrnehmung von Phantomschmerzen zu lindern . Fortschritte auf diesem Gebiet versprechen viele neue Verbesserungen und Rehabilitationsmethoden für Patienten mit neurologischen Problemen. Aus der Revolution der Neurotechnologie ist die Initiative Decade of the Mind entstanden , die 2007 ins Leben gerufen wurde. Sie bietet auch die Möglichkeit, die Mechanismen aufzudecken, durch die Geist und Bewusstsein aus dem Gehirn entstehen.
Typen
Tiefenhirnstimulation
Die Tiefe Hirnstimulation wird derzeit bei Patienten mit Bewegungsstörungen eingesetzt, um die Lebensqualität der Patienten zu verbessern.
Transkranielle Magnetstimulation
Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine Technik zum Anlegen von Magnetfeldern an das Gehirn, um die elektrische Aktivität an bestimmten Orten im Gehirn zu manipulieren. Aufgrund der potenziellen Vorteile, die sich aus einem besseren Verständnis dieser Technologie ergeben könnten, erhält dieses Studiengebiet derzeit große Aufmerksamkeit. Die transkranielle magnetische Bewegung von Partikeln im Gehirn ist vielversprechend für das Targeting und die Abgabe von Medikamenten, da Studien gezeigt haben, dass dies nicht invasiv für die Gehirnphysiologie ist.
Transkranielle Magnetstimulation ist eine relativ neue Methode zur Untersuchung der Gehirnfunktionen und wird in vielen Forschungslabors verwendet, die sich auf Verhaltensstörungen, Epilepsie , PTSD , Migräne , Halluzinationen und andere Störungen konzentrieren. Derzeit wird an der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation geforscht, um zu sehen, ob positive Verhaltenseffekte von TMS dauerhafter gemacht werden können. Einige Techniken kombinieren TMS und eine andere Scanmethode wie das EEG, um zusätzliche Informationen über die Gehirnaktivität wie die kortikale Reaktion zu erhalten.
Transkranielle Gleichstromstimulation
Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine Form der Neurostimulation, bei der ein konstanter niedriger Strom über Elektroden auf der Kopfhaut abgegeben wird. Die Mechanismen, die den tDCS-Effekten zugrunde liegen, sind noch unvollständig verstanden, aber die jüngsten Fortschritte in der Neurotechnologie, die eine in-vivo- Bewertung der elektrischen Gehirnaktivität während der tDCS ermöglichen, versprechen ein besseres Verständnis dieser Mechanismen. Untersuchungen zur Anwendung von tDCS bei gesunden Erwachsenen haben gezeigt, dass tDCS die kognitive Leistung bei einer Vielzahl von Aufgaben steigern kann, je nachdem, welcher Bereich des Gehirns stimuliert wird. tDCS wurde verwendet, um die sprachlichen und mathematischen Fähigkeiten zu verbessern (obwohl eine Form von tDCS auch das mathematische Lernen hemmt), die Aufmerksamkeitsspanne, die Problemlösung, das Gedächtnis und die Koordination.
Elektrophysiologie
Die Elektroenzephalographie (EEG) ist eine Methode zur nicht-invasiven Messung der Gehirnwellenaktivität. Um den Kopf und die Kopfhaut wird eine Reihe von Elektroden gelegt und elektrische Signale gemessen. Klinisch werden EEGs verwendet, um Epilepsie sowie Schlaganfall und Tumorpräsenz im Gehirn zu untersuchen. Die Elektrokortikographie (ECoG) beruht auf ähnlichen Prinzipien, erfordert jedoch die invasive Implantation von Elektroden auf der Gehirnoberfläche, um lokale Feldpotentiale oder Aktionspotentiale empfindlicher zu messen.
Die Magnetenzephalographie (MEG) ist eine weitere Methode zur Messung der Aktivität im Gehirn durch Messung der Magnetfelder, die durch elektrische Ströme im Gehirn entstehen. Der Vorteil der Verwendung von MEG anstelle von EEG besteht darin, dass diese Felder stark lokalisiert sind und ein besseres Verständnis dafür ermöglichen, wie bestimmte Loci auf Stimulation reagieren oder ob diese Regionen überaktiviert werden (wie bei epileptischen Anfällen).
Es gibt potenzielle Anwendungen für EEG und MEG, wie die Aufzeichnung von Rehabilitation und Verbesserung nach Traumata sowie das Testen der neuralen Leitfähigkeit in bestimmten Regionen von Epileptikern oder Patienten mit Persönlichkeitsstörungen. EEG war grundlegend für das Verständnis des ruhenden Gehirns während des Schlafs. Echtzeit-EEG wurde für die Lügenerkennung in Betracht gezogen. In ähnlicher Weise wird die fMRT in Echtzeit als Methode zur Schmerztherapie erforscht, indem sie die Schmerzwahrnehmung von Menschen verändert, wenn sie darauf aufmerksam gemacht werden, wie ihr Gehirn unter Schmerzen funktioniert. Durch direktes und verständliches Feedback können Forscher Patienten mit chronischen Schmerzen helfen, ihre Symptome zu lindern.
Implantate
Neurotechnologische Implantate können verwendet werden, um Gehirnaktivität aufzuzeichnen und zu nutzen, um andere Geräte zu steuern, die dem Benutzer Feedback geben oder fehlende biologische Funktionen ersetzen. Die gebräuchlichsten Neurogeräte, die für den klinischen Einsatz zur Verfügung stehen, sind tiefe Hirnstimulatoren, die bei Patienten mit Parkinson-Krankheit in den Nucleus subthalamicus implantiert werden .
Arzneimittel
Pharmazeutika spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung einer stabilen Gehirnchemie und sind die von der Öffentlichkeit und der Medizin am häufigsten verwendete Neurotechnologie. Medikamente wie Sertralin , Methylphenidat und Zolpidem wirken als chemische Modulatoren im Gehirn und ermöglichen eine normale Aktivität bei vielen Menschen, deren Gehirne unter physiologischen Bedingungen nicht normal funktionieren können. Während Pharmazeutika normalerweise nicht erwähnt werden und ihr eigenes Feld haben, ist die Rolle von Pharmazeutika vielleicht die weitreichendste und alltäglichste in der modernen Gesellschaft. Die Bewegung magnetischer Partikel in gezielte Hirnregionen zur Arzneimittelabgabe ist ein aufstrebendes Studiengebiet und verursacht keine nachweisbaren Schäden an den Schaltkreisen.
Stammzellen
Stammzelltechnologien sind aufgrund ihres großen Potenzials sowohl in den Köpfen der Öffentlichkeit als auch in der Wissenschaft immer präsent. Jüngste Fortschritte in der Stammzellforschung haben es Forschern ermöglicht, Studien in fast jeder Facette des Körpers, einschließlich des Gehirns, ethisch zu verfolgen. Die Forschung hat gezeigt, dass, während der größte Teil des Gehirns sich nicht regeneriert und normalerweise eine sehr schwierige Umgebung ist, um die Regeneration zu fördern, es Teile des Gehirns mit regenerativen Fähigkeiten gibt (insbesondere der Hippocampus und die Riechkolben ). Ein Großteil der Forschung zur Regeneration des zentralen Nervensystems beschäftigt sich mit der Überwindung dieser schlechten Regenerationsfähigkeit des Gehirns. Es ist wichtig anzumerken, dass es Therapien gibt, die die Kognition verbessern und die Anzahl der Nervenbahnen erhöhen, aber dies bedeutet nicht, dass es eine Vermehrung von Nervenzellen im Gehirn gibt. Es wird vielmehr als plastische Neuverdrahtung des Gehirns bezeichnet ( plastisch, weil es Formbarkeit anzeigt) und gilt als wesentlicher Bestandteil des Wachstums. Dennoch sind viele Probleme bei Patienten auf das Absterben von Neuronen im Gehirn zurückzuführen, und Forscher auf diesem Gebiet sind bestrebt, Technologien zu entwickeln, die eine Regeneration bei Patienten mit Schlaganfall, Parkinson, schweren Traumata und Alzheimer sowie vielen anderen ermöglichen. Während die Entwicklung noch in den Kinderschuhen steckt, haben Forscher in letzter Zeit begonnen, sehr interessante Fortschritte bei der Behandlung dieser Krankheiten zu machen. Forscher haben kürzlich erfolgreich dopaminerge Neuronen für die Transplantation bei Patienten mit Parkinson-Krankheit hergestellt, in der Hoffnung, dass sie sich mit einer gleichmäßigeren Zufuhr von Dopamin wieder bewegen können. Viele Forscher bauen Gerüste, die einem Patienten mit Rückenmarkstrauma transplantiert werden könnten , um eine Umgebung zu schaffen, die das Wachstum von Axonen (Teilen der Zelle, denen die Übertragung elektrischer Signale zugeschrieben wird) fördert, so dass Patienten, die sich nicht bewegen oder fühlen können, in der Lage sind, dies zu tun also nochmal. Die Potenziale sind breit gefächert, jedoch ist zu beachten, dass sich viele dieser Therapien noch in der Laborphase befinden und langsam in der Klinik angepasst werden. Einige Wissenschaftler bleiben der Entwicklung auf diesem Gebiet skeptisch gegenüber und warnen davor, dass die Wahrscheinlichkeit, dass elektrische Prothesen entwickelt werden, um klinische Probleme wie Hörverlust oder Lähmung zu lösen, viel größer ist, bevor die Zelltherapie in einer Klinik eingesetzt wird.
Ethik
Stammzellen
Die ethische Debatte über die Verwendung embryonaler Stammzellen hat sowohl in den Vereinigten Staaten als auch im Ausland Kontroversen ausgelöst; obwohl diese Debatten in jüngerer Zeit aufgrund moderner Fortschritte bei der Herstellung von induzierten pluripotenten Stammzellen aus adulten Zellen nachgelassen haben. Der größte Vorteil für die Verwendung embryonaler Stammzellen besteht darin, dass sie sich unter den richtigen Bedingungen und Signalen in nahezu jeden Zelltyp differenzieren (werden) können. Jüngste Fortschritte von Shinya Yamanaka et al. haben Wege gefunden, pluripotente Zellen ohne den Einsatz solch umstrittener Zellkulturen zu erzeugen. Die Verwendung patienteneigener Zellen und deren Umdifferenzierung in den gewünschten Zelltyp umgeht sowohl eine mögliche Abstoßung der embryonalen Stammzellen durch den Patienten als auch jegliche ethische Bedenken, die mit deren Verwendung verbunden sind, und bietet den Forschern gleichzeitig ein größeres Angebot an verfügbaren Zellen. Induzierte pluripotente Zellen haben jedoch das Potenzial, gutartige (wenn auch potenziell bösartige) Tumore zu bilden, und neigen dazu, auf beschädigtem Gewebe in vivo (im lebenden Körper) eine schlechte Überlebensfähigkeit zu haben . Ein Großteil der Ethik in Bezug auf die Verwendung von Stammzellen ist aus der Debatte über embryonale/erwachsene Stammzellen aufgrund ihrer strittigen Tatsache abgeklungen, aber jetzt diskutieren die Gesellschaften darüber, ob diese Technologie ethisch verwendet werden kann oder nicht. Verbesserungen von Merkmalen, die Verwendung von Tieren für Gewebegerüste und sogar Argumente für eine moralische Degeneration wurden mit der Befürchtung vorgebracht, dass, wenn diese Technologie ihr volles Potenzial erreicht, ein neuer Paradigmenwechsel im menschlichen Verhalten eintreten wird.
Militärische Anwendung
Neue Neurotechnologien haben seit jeher die Anziehungskraft von Regierungen erlangt, von Lügenerkennungstechnologien und virtueller Realität bis hin zu Rehabilitation und dem Verständnis der Psyche. Aufgrund des Irak-Krieges und des Krieges gegen den Terror wird berichtet, dass amerikanische Soldaten, die aus dem Irak und Afghanistan zurückkehren, einen Anteil von bis zu 12% mit PTSD haben . Es gibt viele Forscher, die hoffen, die Bedingungen dieser Menschen zu verbessern, indem sie neue Strategien für die Genesung implementieren. Durch die Kombination von Pharmazeutika und Neurotechnologien haben einige Forscher Wege entdeckt, die "Angst"-Reaktion zu verringern und theoretisieren, dass sie auf PTSD anwendbar sein könnte. Virtual Reality ist eine weitere Technologie, die im Militär viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat. Bei einer Verbesserung könnte es möglich sein, Soldaten im Umgang mit komplexen Situationen in Friedenszeiten auszubilden, um eine moderne Armee besser vorzubereiten und auszubilden.
Privatsphäre
Schließlich muss die Gesellschaft bei der Entwicklung dieser Technologien verstehen, dass diese Neurotechnologien eines enthüllen können, was die Menschen immer geheim halten können: was sie denken. Obwohl mit diesen Technologien viele Vorteile verbunden sind, müssen Wissenschaftler, Bürger und politische Entscheidungsträger gleichermaßen die Auswirkungen auf die Privatsphäre berücksichtigen. Dieser Begriff ist in vielen ethischen Kreisen wichtig, die sich mit dem Stand und den Zielen des Fortschritts auf dem Gebiet der Neurotechnologie befassen (siehe Neuroethik ). Aktuelle Verbesserungen wie das „Gehirn-Fingerprinting“ oder die Lügenerkennung mittels EEG oder fMRT könnten zu einer festen Einrichtung von Loci/Emotional-Beziehungen im Gehirn führen, obwohl diese Technologien noch Jahre von einer vollständigen Anwendung entfernt sind. Es ist wichtig zu berücksichtigen, wie all diese Neurotechnologien die Zukunft der Gesellschaft beeinflussen könnten, und es wird vorgeschlagen, dass politische, wissenschaftliche und zivile Debatten über die Implementierung dieser neueren Technologien geführt werden, die möglicherweise eine neue Fülle von einst privaten Informationen bieten. Einige Ethiker sind auch besorgt über den Einsatz von TMS und befürchten, dass die Technik dazu verwendet werden könnte, Patienten auf eine für den Patienten unerwünschte Weise zu verändern.
Kognitive Freiheit
Kognitive Freiheit bezieht sich auf ein vorgeschlagenes Recht auf Selbstbestimmung des Einzelnen, seine eigenen mentalen Prozesse, seine Kognition und sein Bewusstsein zu kontrollieren, einschließlich des Einsatzes verschiedener Neurotechnologien und psychoaktiver Substanzen. Dieses wahrgenommene Recht ist relevant für die Reform und Entwicklung der dazugehörigen Gesetze.
Siehe auch
Fußnoten
Verweise
- Mosconi, L.; Brys, M.; Glodziksobanska, L.; Desanti, S.; Rusinek, H.; Deleon, M. (2007). „Früherkennung der Alzheimer-Krankheit mit Neuroimaging“. Experimentelle Gerontologie . 42 (1–2): 129–38. doi : 10.1016/j.exger.2006.05.016 . PMID 16839732 . S2CID 34710603 .
- Wassermann, EM (1998). "Risiko und Sicherheit der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation: Bericht und vorgeschlagene Richtlinien vom Internationalen Workshop zur Sicherheit der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation, 5.-7. Juni 1996" . Elektroenzephalographie und klinische Neurophysiologie . 108 (1): 1–16. doi : 10.1016/S0168-5597(97)00096-8 . PMID 9474057 .
- Gross, R., Emory University Dept. of Neurosurgery, interviewt von C. Stone, 6. Oktober 2009.