Neurologi

Brujinsekvensen: en ny metod för att avkoda hjärnan

(Sciencedaily 2011-03-28) Genom att kombinera avancerade matematiska metoder som oftast används av underrättelsetjänsten och ej av forskare, och kraften och mångsidigheten i fMRI, har en neurolog utvecklat ett nytt sätt för att studera hjärnans verksamhet. Ett dolt mönster är kodad i den till synes slumpmässiga ordningen.man ser när man studerar hjärnan med hjälp av fMRI.

"Samma matematik som skulle kunna användas för att göra inbrott i en bil, kan användas för att knäcka hjärnans koder", hävdar neurologi biträdande professor Geoffrey K. Aguirre vid Universiteten i Pennsylvania.

Den här metoden kallas Bruijn-sekvens, en uppsättning eller alfabet av saker (bokstäver, bilder, ord), i en cyklisk ordning, så att varje möjlig "ord" eller en kombination av saker, inträffar endast en gång. De Brujin-sekvenser kallas av matematiker för "pseudo-slumpmässiga" eftersom de verkar vara en förvirrad virrvarr men har en underliggande struktur ändå. För att kunna bryta sig in i en bil som skyddas av elektroniska lås med en femsiffrig kod, hade en tjuv provat alla möjliga kombinationer. Men detta är tidskrävande eftersom det innebär en hel del upprepningar. En De Brujin - sekvens innehåller samtliga kombinationer ihopträngda. Liknande överlappande kombinationer kan observeras i människans hjärnan med fMRI, när den försöker representera den yttre världen.

Den här metoden mäter hur tingens ordning förändrar responserna i hjärnan. Ser du till exempel annorlunda på en bild av din bror då du precis har tittat på en bild av din syster? "Många experiment inom neurovetenskap använder sammanhang och ordningen på syn intryck, ljud, ord, och känslor för att visa hur nervsystemet är organiserad", hävdar Aguirre.

Tidigare experiment har presenterat information för deltagare vars hjärnor studerades i mer eller mindre helt slumpmässig ordning. Detta kan vara ineffektivt och felaktigt, eftersom den här metoden gör det svårt att urskilja viktiga mönster och samband mellan stimuli och resposer i hjärnan. "Vi använder oss av de Brujin sekvensen för att utforma experiment", hävdar Aguirre. "Den berättar för oss hur vi ska presentera information för deltagaren. Genom att presentera en rad ansikten i olika kombinationer eller ordning, enigt de Brujin sekvensen, är det möjligt att mäta responsen i hjärnan för varje enskild ansikte."

Aguirres nya algoritm för att skapandet av de Brujin sekvensen korrigerar även en viktig begränsning hos fMRI, som mäter förändringar i hjärnans blodflöde. "Det tar lite tid innan blodflödet förändras för att hinna med hjärnresponsen", hävdar Aguirre. Genom att skapa de här sekvenserna på ett speciellt sätt, så att de tar hänsyn till den långsamma blodflöderesponsen, är experimenten mycket kraftfullare.

"Det underbara är att personen i experimentet tittar på till synes slumpmässiga bilder", hävdar Aguirre. I den här till synes slumpmässiga sekvensen döljer sig en signal som är osynlig för personen som tittar på bilderna, men som kan avkodas med hjälp av fMRI. Man kan mäta neuronernas svar på det dolda mönstret som sedan används för att förstå hur hjärnan representerar information.

Aguirre unika kombination av avancerad matematik och den senaste hjärnavbildningstekniken kommer förhoppningsvis att leda till nya forskningsområden och samtidigt förbättra dagens utformning av experiment när man studerar hjärnan. Aguirres studieområde är visuell perception och representation i hjärnan.

Kärlek och relationer
Psykologi och samhälle
Tio saker om...
Forskning, hälsa och vetenskap
Mat och hälsa
Mat och hälsa
Mat och hälsa
Mat och hälsa