My Community
หมวดหมู่ทั่วไป => ห้องพักผ่อนรวม (Common Room) => ข้อความที่เริ่มโดย: pani ที่ 10 กุมภาพันธ์ 2014, 04:08:04
-
สมองมนุษย์คือก้อนเนื้อหนักประมาณ 1.36 กิโลกรัม ที่สามารถสำรวจจักรวาล จินตนาการถึงโลกที่ดีกว่า และครุ่นคิดถึงธรรมชาติของตนเอง ภาพจากโครงการวิซิเบิล ฮิวแมน (Visible Human) เมื่อปี 1994 ภาพนี้ แสดงให้เห็นถึงแผนที่คร่าวๆ ของสมองมนุษย์เพศชายที่เพิ่งเสียชีวิต ด้วยเทคนิคการถ่ายภาพอันซับซ้อนและก้าวหน้ามากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันกำลังเข้าใกล้ปราการสุดท้ายแห่งความรู้ นั่นคือการไขปริศนาว่า อะไรทำให้เราเป็นมนุษย์อย่างที่เป็นอยู่
เทคโนโลยีล่าสุดอาจนำไปสู่การค้นพบวิธีใหม่ๆ ในการรักษาความผิดปกติต่างๆ ทางสมอง
แวน เวดีนลูบเคราพลางโน้มตัวไปที่จอคอมพิวเตอร์เพื่อไล่ดูไฟล์ข้อมูล เรานั่งกันอยู่ในห้องสมุดที่รายล้อมไปด้วยกล่องจดหมายเก่าคร่ำคร่า วารสารทางวิทยาศาสตร์ และเครื่องฉายสไลด์เก่าๆ
ขอหาไฟล์ข้อมูลสมองของคุณสักแป๊บนะครับ เขาบอก
ในฮาร์ดดิสก์ของเวดีนมีข้อมูลของสมองหลายร้อยตัวอย่างที่เก็บไว้ในรูปภาพสามมิติสวยงาม มีทั้งสมองลิง หนู และมนุษย์ รวมถึงสมองของผมด้วย เวดีนเชิญให้ผมเดินทางท่องไปในศีรษะของตัวเอง
เราจะไปชม สถานที่ท่องเที่ยว ยอดนิยมทุกจุดเลยครับ เขาสัญญาพร้อมรอยยิ้ม
นี่เป็นการเดินทางมายังศูนย์มาติโนส์สำหรับการสร้างภาพทางชีวการแพทย์ (Martinos Center for Biomedical Imaging) ครั้งที่สองของผม หลังมาเยือนครั้งแรกเมื่อสองสามสัปดาห์ก่อน ในห้องสแกน ผมนอนบนแท่นพื้นแข็ง ด้านหลังของศีรษะวางลงบนกล่องพลาสติกเปิดฝา รังสีแพทย์นำอุปกรณ์หน้าตาคล้ายหมวกกันน็อกพลาสติกสีขาววางครอบลงบนใบหน้าผม ผมมองผ่านช่องเปิดตรงดวงตาทั้งสองข้าง ขณะที่เขาขันสกรูยึดหมวกให้แน่น เพื่อให้เสาอากาศขนาดจิ๋ว 96 ตัวที่อยู่ด้านในเข้าใกล้สมองผมมากที่สุดเพื่อรับคลื่นวิทยุที่สมองส่งออกมาได้ ขณะที่แท่นเลื่อนเข้าไปในช่องทรงกระบอกของเครื่องสแกน
แม่เหล็กที่อยู่รอบตัวผมเริ่มส่งเสียงครางต่ำๆ แทรกด้วยเสียงแหลมเล็กสั้นๆ ผมต้องนอนนิ่งๆนานร่วมชั่วโมง หลับตา และสงบสติอารมณ์ ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายเลย เวดีนและทีมงานออกแบบอุปกรณ์ให้พอดีกับรูปร่างของคนทั่วไป ผมจึงแทบขยับตัวไม่ได้ และพยายามข่มความกลัวด้วยการหายใจเข้าออกช้าๆ และปล่อยตัวเองให้ดำดิ่งสู่ห้วงแห่งความทรงจำ ชั่วขณะหนึ่ง ผมนึกถึงตอนเดินลุยหิมะหนาเพื่อส่งลูกสาววัยเก้าขวบไปโรงเรียน
ระหว่างที่นอนอยู่นั้น ผมนึกถึงความจริงที่ว่า ความคิดและอารมณ์ทั้งหลายเหล่านี้ล้วนเกิดจากการสร้างสรรค์ของก้อนเนื้อหนัก 1.4 กิโลกรัมที่กำลังได้รับการวิเคราะห์ ความกลัวของผมถูกส่งผ่านด้วยสัญญาณไฟฟ้าในเนื้อเยื่อสมองรูปร่างเหมือนถั่วอัลมอนด์ชื่อ อะมิกดาลา ส่วนการตอบสนองที่ทำให้จิตใจสงบลงเมื่อเกิดความกลัวมาจากกิจกรรมในสมองกลีบหน้า ความจำเรื่องการเดินไปส่งลูกสาวเกิดจากการทำงานของกลุ่มเซลล์ประสาทที่รวมตัวกันเป็นรูปร่างเหมือนม้าน้ำ เรียกว่า ฮิปโปแคมปัส
ผมให้ความร่วมมือกับการทดลองครั้งนี้ เพื่อร่วมบันทึกเหตุการณ์ที่เรียกได้ว่าเป็นการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญครั้งหนึ่งในยุคของเรา นั่นคือความก้าวหน้าอันน่าทึ่งในการทำความเข้าใจการทำงานของสมองมนุษย์ นักประสาทวิทยาศาสตร์บางคนมุ่งเน้นศึกษาโครงสร้างอันละเอียดอ่อนของเซลล์ประสาทแต่ละชนิด ขณะที่คนอื่นๆ กำลังสร้างแผนที่ทางชีวเคมีของสมองเป็นครั้งแรกโดยสำรวจว่า เซลล์ประสาทนับพันๆล้านเซลล์สร้างและใช้งานโปรตีนหลายพันชนิดอย่างไร แล้วยังมีคนอื่นๆ อย่างเวดีน กำลังสร้างภาพที่แสดงรายละเอียดการเชื่อมต่อภายในสมองอย่างที่ไม่เคยมีใครทำมาก่อน อันได้แก่เครือข่ายเส้นใยประสาทความยาวรวมกันประมาณ 160,000 กิโลเมตรที่มีชื่อเรียกรวมกันว่า เนื้อขาว (white matter) ซึ่งเชื่อมต่อส่วนต่างๆของจิตใจ และก่อเกิดทุกสิ่งทุกอย่างที่เราคิด รู้สึก และรับรู้
เมื่อนักวิทยาศาสตร์เห็นการทำงานของสมอง พวกเขาก็จะมองเห็นความบกพร่องด้วยเช่นกัน นักวิทยาศาสตร์เพิ่งเริ่มระบุความแตกต่างในสมองของคนทั่วไปกับสมองของผู้ป่วยโรคจิตเภท โรคออทิซึม และโรคอัลไซเมอร์ เป็นต้น เมื่อสามารถทำแผนที่สมองที่มีความละเอียดมากขึ้น พวกเขาอาจเรียนรู้การวินิจฉัยความผิดปกติต่างๆ โดยดูจากผลกระทบทางกายวิภาค หรือแม้กระทั่งทราบถึงสาเหตุของความผิดปกติเหล่านั้นก็เป็นได้
เวดีนหาภาพที่ได้จากการสแกนสมองของผมพบในที่สุด ภาพสมองปรากฏขึ้นบนจอ เวดีนใช้วิธีการที่เรียกว่าการสร้างภาพด้วยวิธีดิฟฟิวชั่นสเปกตรัม (diffusion spectrum imaging: DSI) ซึ่งจะเปลี่ยนสัญญาณวิทยุที่ส่งออกมาจากเนื้อขาวให้เป็นแผนที่เครือข่ายระบบเส้นใยประสาทความละเอียดสูง เครื่องสแกนวาดแผนที่ของกลุ่มมัดเส้นใยประสาทที่ก่อตัวขึ้นเป็นวิถีประสาทนับแสนๆเส้นทาง ซึ่งส่งข้อมูลจากสมองส่วนหนึ่งของผมไปยังอีกส่วนหนึ่ง เวดีนกำหนดรหัสสีของแต่ละเส้นทางด้วยสีต่างๆ ภาพสมองของผมจึงเต็มไปด้วยเส้นสายบางเบาหลากสีสัน
เวดีนพุ่งเป้าไปที่วิถีประสาทบางวิถี โดยแสดงให้ผมเห็นวิถีประสาทที่มีความสำคัญต่อภาษาและความคิดอ่านต่างๆ จากนั้น เขาก็ลบภาพวิถีประสาทส่วนใหญ่ในสมองผมจากหน้าจอ ผมจึงเห็นโครงสร้างของวิถีประสาทได้ง่ายขึ้น และเมื่อเขาขยายภาพให้ใหญ่ขึ้น สิ่งน่าทึ่งก็ปรากฏแก่สายตาผม เพราะแทนที่วงจรประสาทจะดูสลับซับซ้อนยุ่งเหยิง พวกมันกลับตัดไขว้กันเป็นมุมฉากเหมือนเส้นตรงที่อยู่ในกระดาษกราฟไม่มีผิด
ดูเหมือนตารางไหมล่ะ เวดีนบอก
ตอนที่เวดีนแสดงโครงสร้างตารางของสมองเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2012 นักวิทยาศาสตร์บางคนสงสัยว่า สิ่งที่เขาค้นพบเป็นเพียงส่วนหนึ่งของกายวิภาคสมองอันสลับซับซ้อน แต่เวดีนมั่นใจมากกว่าที่เคยว่า รูปแบบดังกล่าวต้องมีนัยสำคัญ ไม่ว่าเขาจะศึกษาสมองของมนุษย์ ลิง หรือ หนู เขาล้วนพบตารางเหล่านี้ เป็นไปได้ว่า ความคิดของเราเคลื่อนที่ไปในลักษณะเหมือนกับรถรางที่วิ่งไปตามเส้นทางของเนื้อขาวเหล่านี้ ขณะที่สัญญาณประสาทเดินทางจากบริเวณหนึ่งของสมองไปยังอีกบริเวณหนึ่ง
โครงสร้างตารางต้องมีความสำคัญในการทำงานของสมองอย่างแน่นอน เวดีนกล่าวขณะจ้องมองภาพสแกนสมองของผม เพียงแต่เรายังศึกษาไม่มากพอที่จะเข้าใจความเรียบง่ายเหล่านั้นครับ
อีกด้านหนึ่ง เจฟ ลิกต์แมน นักประสาทวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด และเพื่อนร่วมงานกำลังสร้างภาพสามมิติ ที่มีรายละเอียดสูงมากของเซลล์ประสาท ซึ่งอาจช่วยให้พวกเขาพบคำตอบของคำถามพื้นฐานสำคัญที่สุดบางประการเกี่ยวกับธรรมชาติของสมอง
ในการสร้างภาพดังกล่าว ลิกต์แมนและทีมงานนำชิ้นส่วนสมองหนูที่รักษาสภาพไว้ไปแล่ด้วยเครื่องตัดชิ้นเนื้อเยื่อทางประสาทกายวิภาคศาสตร์ จากนั้นจึงใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนถ่ายภาพภาคตัดขวางของชิ้นเนื้อแต่ละชิ้น แล้วใช้คอมพิวเตอร์เรียงลำดับภาพที่ได้ให้กลับเป็นสมองอีกครั้ง ภาพสามมิติค่อยๆเป็นรูปเป็นร่างอย่างช้าๆ จนนักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาได้
โครงสร้างทั้งหมดของสมองได้รับการเปิดเผยแล้วครับ ลิกต์แมนกล่าว
ปัญหาประการเดียวคือ นักวิทยาศาสตร์มีข้อมูลมากมายมหาศาลที่ได้จาก โครงสร้างทั้งหมด จนถึงตอนนี้ชิ้นส่วนสมองหนูที่ใหญ่ที่สุดที่ลิกต์แมนและคณะสามารถนำมาสร้างภาพขึ้นใหม่มีขนาดเพียงแค่เม็ดเกลือ แต่ข้อมูลที่ได้กลับมีขนาดถึงหนึ่งร้อยเทระไบต์ หรือเทียบเท่าภาพยนต์ความชัดสูง 25,000 เรื่อง
หลังจากนักวิทยาศาสตร์รวบรวมข้อมูลดังกล่าวแล้ว งานอันแสนหนักหน่วงจึงเริ่มขึ้น นั่นคือการค้นหากฎเกณฑ์ หรือเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังโครงสร้างอันสับสนวุ่นวายของสมอง เมื่อไม่นานมานี้ นารายานัน กัษฐุรี นักวิจัยหลังปริญญาเอกในการดูแลของลิกต์แมน เริ่มต้นโครงการวิจัยเพื่อวิเคราะห์รายละเอียดทั้งหมดในเนื้อเยื่อรูปทรงกระบอกของสมองหนูซึ่งมีขนาดเพียงหนึ่งพันลูกบาศก์ไมครอน หรือคิดเป็นปริมาตรเทียบเท่าหนึ่งในแสนของเม็ดเกลือ เขาเลือกบริเวณหนึ่งของสมองและมองหาเซลล์ประสาททุกเซลล์ที่วิ่งผ่านบริเวณนั้น
ชิ้นส่วนเนื้อเยื่อสมองขนาดเล็กจิ๋วชิ้นนั้น กลับกลายเป็นเหมือนถังที่มีงูยั้วเยี้ยเต็มไปหมด กัษฐุรีพบใยประสาทขาออก 1,000 เส้นและใยประสาทขาเข้าอีกประมาณ 80 เส้น ซึ่งทำให้เกิดการเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่นๆ 600 จุดในชิ้นเนื้อทรงกระบอกนั้น สิ่งนี้ทำให้เราตระหนักว่า สมองสลับซับซ้อนกว่าที่เราคิดไว้มากครับ ลิกต์แมนบอก
แม้จะสลับซับซ้อน แต่กลับเป็นระเบียบ ลิกต์แมนและกัษฐุรีค้นพบว่า เซลล์ประสาททุกเซลล์เกือบจะเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทเพียงเซลล์เดียว และไม่เชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทที่อัดแน่นอยู่โดยรอบอย่างน่าทึ่ง ลิกต์แมนบอกว่า เซลล์ประสาทเหมือนจะเลือกว่า มันจะเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทเซลล์ไหนครับ
แต่ลิกต์แมนยังบอกไม่ได้ว่า รูปแบบนี้พบได้ทั่วทั้งสมอง หรือเป็นลักษณะเฉพาะของบริเวณเล็กๆในสมองหนูที่เขาศึกษา และต้องใช้เวลาอีกสองปีกว่าจะสแกนเซลล์ประสาท 70 ล้านเซลล์ในสมองหนูได้ทั้งหมด ผมถามเขาเกี่ยวกับการสแกนสมองมนุษย์ทั้งก้อนซึ่งมีเซลล์ประสาทมากกว่าของหนูถึงพันเท่า
ผมยังไม่คิดถึงเรื่องนั้นหรอก เขาพูดพลางหัวเราะ แค่คิดก็ปวดใจแล้วครับ
เรื่องโดย คาร์ล ซิมเมอร์
เดือนกุมภาพันธ์