Forfattere
Vidste du, at det ikke kun er dine øjne, der giver dig mulighed for at se? Din hjerne fungerer sammen med øjnene for at bearbejde og give mening til alle de ting, du ser. En del af hjernen, der kaldes den visuelle cortex, er ansvarlig for synet. Hjernen indeholder over 100 milliarder hjerneceller kaldet neuroner, og de arbejder i “niveauer” for at hjælpe dig med at se verden – fra et grundlæggende niveau, hvor du opfatter simple former, til højere niveauer, hvor du forstår komplekse mønstre. Når netværk af neuroner i hjernen ikke fungerer korrekt, kan det resultere i hjernesygdomme. Læger og forskere kan bruge forskellige teknikker til at måle neuronernes aktivitet. For eksempel kan usædvanlige mønstre af hjernebølger fortælle os om beskadigede neurale netværk og abnormiteter i hjernen. Computere kan også programmeres til at “se” visuel information, og sådanne computere kan hjælpe os med at lære om synsprocessen hos mennesker.
Kan du lide det verdensberømte koreanske band BTS? I bandets tilfælde står BTS for Bang Tan Sonyeondan, men inden for neurovidenskaben kan det også stå for brain transfer stimulus, som er en afgørende hjernefunktion. Hjernen genkender det, dine øjne ser, og kan fortolke den visuelle information eller stimulus, så du kan forstå, hvad du læser eller ser. En stimulus er noget, der fanger din opmærksomhed. Når vi taler om synet, registrerer du visuelle stimuli som f.eks. lys. Når du for eksempel er til en BTS-koncert, ser du kraftige lys, der blinker i forskellige farver, men det overrasker dig ikke. Hjernen modtager disse visuelle stimuli og behandler dem sammen med andre visuelle informationer, så du ved, at lysene kommer fra scenen. Med andre ord hjælper din hjerne dig med at genkende ting, såsom scenelys og en sanger ved en koncert.
Har du nogensinde undret dig over, hvordan dine øjne gør det muligt for dig at se? For eksempel, når du er til en koncert, hvordan kan du så få øje på en ven i den store menneskemængde? Selvom man ser med øjnene, er der en del af hjernen, der hedder visual cortex er også ansvarlig for synet, da den behandler alle visuelle informationer fra øjnene. Dette hjerneområde indeholder flere niveauer til analyse af information [1]. Lad os tænke på den visuelle cortex som en fabelagtig kage i flere lag. Nederst har du den primære visuelle cortex (V1), som fortolker prikker eller andre former uden figurer. Overraskende nok tager det kun 70 millisekunder (msec, 0,07 sekunder) at flytte signaler fra øjnene til V1.
Dernæst genkender den sekundære visuelle cortex (V2) mere detaljerede visuelle repræsentationer end V1, såsom geometriske former. Du kan tænke på det på denne måde: Når du bevæger dig op i kagelagene, fortolker niveauerne i den visuelle cortex mere kompleks visuel information [2]. Med højere niveauer af visuel cortex kan du se forskellige farver eller bevægelser. Det tager længere tid at sende signaler fra øjnene til “højere” niveauer af synsbarken. Det tager 100 msec (0,1 sekunder) at bevæge sig fra øjnene til V2, ca. 120 msec (0,12 sekunder) fra øjnene til V3.
Med andre ord bevæger visuel information sig fra øjnene gennem niveauerne i den visuelle cortex på meget kort tid (figur 1). Det forklarer, hvordan du hurtigt kan genkende en ven til en koncert. Når du læser denne artikel, kan du også forstå betydningen af hvert ord i en sætning i stedet for bare at se et virvar af ord. Din hjerne og dine øjne arbejder sammen som et team om at bearbejde visuel information.
Den menneskelige hjerne har milliarder af celler kaldet neuroner [3]. Neuroner forbinder sig med hinanden for at danne netværk, og de kommunikerer ved hjælp af bittesmå elektriske signaler. Hvis netværket af neuroner i hjernen bliver beskadiget, kan neuronerne ikke modtage elektriske signaler fra hinanden. Det kan påvirke hjernens funktioner negativt og føre til lidelser som hukommelsessvigt og demens.
Da vi ikke kan se hjernen indefra, hvordan kan vi så vide, om der er et problem med hjernens netværk? Forskere og læger har flere måder at analysere hjernen på! Da neuroner kommunikerer ved hjælp af elektriske signaler, kan vi måle hjernens elektriske aktivitet ved hjælp af små, ikke-metalliske enheder kaldet elektroder (figur 2A).
Elektroder hjælper os med at se hjernebølger de er skabt af de elektriske aktiviteter i neuronerne. Ligesom bølger i havet ser hjernebølgerne ud som bølgelinjer, der bevæger sig op og ned. Men hvis en person har en hjerneskade, kan elektroderne vise langsomme og usædvanlige mønstre af hjernebølger. Evnen til nøjagtigt at aflæse hjernebølger er vigtig inden for neurovidenskaben, fordi det hjælper os med at identificere abnormiteter eller lidelser i hjernen.
For at registrere hjerneaktiviteten hos patienterne i vores undersøgelse placerede vi elektroder i den visuelle cortex under operationen og viste derefter patienterne billeder af forskellige former og mønstre. Mens patienterne kiggede på disse visuelle stimuli, registrerede elektroderne deres hjernebølger, så vi kunne undersøge, hvilke hjerneområder der blev aktiveret, og hvordan hjernen reagerede på hver form og hvert mønster (figur 2B). Ved simple visuelle reaktioner som prikker eller et lysglimt blev V1-regionerne aktiveret. Ved mellemliggende visuelle reaktioner, som geometriske former, såsom trekanter og cirkler, blev V2-områder aktiveret, og ved komplekse visuelle reaktioner, som visuel fantasi eller en illusion med blandede farver, blev V3/V3+-områder aktiveret.
Der findes andre måder at måle hjerneaktivitet på, som ikke kræver operation, såsom elektroencefalografi (EEG). I EEG kan elektroder ufarligt placeres på patientens hovedbund. EEG bruges i vid udstrækning til at se på hjerneaktivitet og identificere hjernesygdomme [4].
I dag hjælper computere os også med at forstå abnormiteter i hjernen. Ved hjælp af kunstig intelligens (AI) kan computere efterligne netværket af neuroner i den menneskelige hjerne (figur 3), hvilket gør det muligt for disse computere at fungere på samme måde som hjernen. For eksempel giver AI-baseret computeriseret “syn” computere mulighed for at genkende og fortolke visuelle stimuli, lidt som om de “ser”. Dette computerbaserede “syn” svarer til menneskets syn, men computere kan identificere ting hurtigere og mere præcist. Så når vi har svært ved at finde hjernesygdomme hos patienter, kan vi bruge AI-netværk til at få mere indsigt i sygdomme og behandle patienter mere effektivt [5].
I denne artikel har vi fortalt dig om, hvordan synsbarken fungerer i synet, og hvordan forskere og læger kan overvåge hjernens aktiviteter ved at måle hjernebølger. Nu ved du, at hjernen skal arbejde sammen med øjnene for at give dig mulighed for at se! Netværk af hjerneceller i den visuelle cortex kommunikerer for at behandle “niveauer” af visuel information, fra enkel til kompleks. Når hjernens netværk ikke fungerer korrekt, kan det resultere i hjernesygdomme som hukommelsessvigt og demens. Computerstyrede neurale netværk, som dem, der bruges af AI, kan hjælpe forskere med at forstå, hvad der går galt ved hjernesygdomme. Med vores arbejde håber vi at inspirere mange dygtige unge forskere til at vise interesse for neurovidenskab og hjælpe med at besvare flere fascinerende spørgsmål om synet en dag!
Stimuli: Et visuelt signal, der fanger en persons opmærksomhed.
Visuel cortex: Et område i hjernen, der behandler visuel information og har tre hovedlag: primære, sekundære og tertiære.
Neuron: En nervecelle, der kommunikerer med andre nerveceller og danner netværk for at fortolke den information, der kommer ind gennem vores sanser, som de ting, vi ser.
Elektrode: Små ikke-metalliske enheder, der måler hjernens elektriske mønstre, bruges i både invasive og ikke-invasive hjernebilledteknikker.
Hjernebølger: Optagelser af elektriske signaler fra hjernen.
Elektroencefalografi: En ikke-invasiv hjerneafbildningsmetode, der måler hjernens elektriske aktiviteter ved at placere elektroder på en hovedbund.
Kunstig intelligens (AI): Et computeriseret system, der efterligner netværk af neuroner i hjernen og kan udføre menneskelignende opgaver.
Neurovidenskab: Studiet af den menneskelige hjerne og samspillet mellem hjerneceller, der er involveret i hukommelsesfunktioner og adfærd.
[1] Gilbert, C. D., Li, W. 2013 Top-down påvirkninger på visuel behandling. Nat. Rev. Neurosci. 14:350-63. doi: 10.1038/nrn3476
[2] Herculano-Houzel, S. 2009 Den menneskelige hjerne i tal: en lineært opskaleret primat-hjerne. Front. Hum. Neurosci. 3:31. doi: 10.3389/neuro.09.031.2009
[3] Ghose, G. M., Maunsell, J. 1999 Specialiserede repræsentationer i visuel cortex: en rolle for binding? Neuron. 24:79-85. doi: 10.1016/S0896-6273(00)80823-5
[4] Kalaivani, M., Kalaivani, V., Devi, V. A. 2014 “Analysis of EEG signal for the detection of brain abnormalities,” i International Journal of Computer Applications® år.
[5] Hassabis, D., Kumaran, D., Summerfield, C., Botvinick, M. 2017 Neuroscience-inspired artificial intelligence. Neuron. 95:245-58. doi: 10.1016/j.neuron.2017.06.011
Mange tenniskampe finder sted i varme omgivelser, når solen skinner. Tennisspillere skal derfor træne i varmen for at lære at præstere under varme forhold. Selvom de måske får rådet til at bære lyst tøj, bærer mange spillere sorte T-shirts under træning og kampe. Denne undersøgelse, der blev gennemført med unge, dygtige tennisspillere, undersøgte, om T-shirtens farve (sort eller hvid) havde nogen indflydelse på spillerne. Under to træningskampe i varmen (32 °C) målte vi luft- og T-shirt-temperaturen, hvor hårdt spillerne følte, at de arbejdede, hvor komfortable de følte sig med omgivelserne, og hvor trætte de følte sig. Resultaterne viste, at når man spiller tennis udendørs i varmen, har T-shirtens farve ingen indflydelse på fysiske faktorer som temperatur. At bære en sort T-shirt kan dog have en negativ indflydelse på mentale faktorer ved at øge atleternes følelse af at arbejde hårdt, træthed og ubehag.
…
Børn har brug for at bevæge sig. Bevægelse af kroppen kaldes også fysisk aktivitet. Fysisk aktive børn har sundere kroppe og sind. Når børn er fysisk aktive, hjælper det deres kroppe og sind med at føle sig godt tilpas. De fleste børn opfylder ikke de nationale anbefalinger for fysisk aktivitet. Skoler er et godt sted at hjælpe børn med at bevæge sig mere. En måde at gøre dette på er at give børnene mulighed for at være fysisk aktive i klasseværelset. Når børn er fysisk aktive i klasseværelset, kaldes det bevægelsesintegration. Når børn sidder for længe, kan de føle sig triste og ensomme, men når lærerne bruger bevægelsesintegration, føler børnene sig gladere og klar til at lære. I denne artikel vil vi tale om, hvorfor bevægelsesintegration er vigtigt, og hvordan det kan hjælpe børn med at klare sig bedre i skolen.
…
Cerebral synshandicap (CVI) er en synsforstyrrelse forårsaget af hjerneskade, der gør det vanskeligt at behandle information fra øjnene. Selvom deres øjne fungerer fint, har børn med CVI ofte svært ved at finde og genkende objekter, især på rodede eller travle steder. Klinikere, såsom øjenspecialister (der studerer øjne og synsfunktioner) og neuropsykologer (der studerer hjernefunktioner), arbejder på at identificere børn med CVI og støtte dem, hvis de har det. En nyttig test er en visuel søgeopgave, der viser, hvordan børn leder efter ting. Hvorfor er det svært for børn med CVI at søge? Videnskabelige forskere bruger værktøjer som øjenregistrering, der viser, hvor børn kigger hen under en søgning, og hjerneafbildning, der hjælper dem med at forstå, hvordan dele af hjernen arbejder sammen. Ved at kombinere klinisk praksis og videnskabelig forskning kan vi bedre forstå, hvordan børn med CVI oplever verden, og finde nye måder at hjælpe dem i dagligdagen.
…
Forestil dig at kunne styre dit yndlingsvideospil ved blot at tænke på det! Det lyder måske som science fiction, men denne utrolige teknologi er ved at blive en realitet takket være hjerne-computer-grænseflader (BCI’er). BCI’er muliggør kommunikation mellem hjernen og et kunstigt apparat. Forestil dig din hjerne som en kraftfuld maskine, der sender elektriske signaler, når du vil gøre noget, f.eks. styre en robotarm med tankerne, efter at du har mistet evnen til at bevæge dine hænder. BCI’er overfører hjernesignaler til en computer, som derefter lærer at forstå disse signaler og oversætte dem til instruktioner, der styrer enheden. I denne artikel udforsker vi en verden, hvor sind og maskiner interagerer, og hvor mulighederne kun er begrænset af vores fantasi.
…