Han ser sin egen hjärna arbeta

Det handlar om att ha saker under kontroll – bilar, obemannade flygfarkoster och hjärnor. Excellenscentrum MOVIII är avslutat men forskningen inom de heta områdena går vidare. (2010-10-05)

I sin bok Hon älskade berättar Helena Henschen om en tysk forskare som smugglade ut en tredjedel av Lenins hjärna efter hans död. Han ville undersöka om det var något speciellt med en hjärna som kan tänka stora tankar.

Idag hade han i stället kunnat stoppa in Lenin i en magnetkamera, gärna medan han var i livet så att det funnits några tankar att studera.

Det räcker nämligen med att tänka på något nytt för att det ska registreras av magnetkameran och visas på en datorskärm: de aktiva områdena i hjärnbarken färgas i blått, grönt, gult och rött.

Men det där är redan historia. Utvecklingen av tekniken tog ett stort kliv framåt när man lyckades avbilda hjärnaktiviteten i realtid, alltså medan dess ägare fortfarande ligger i kameran och kan få en direkt återkoppling. Detta öppnar fantastiska möjligheter. För första gången i världshistorien kan en människa se sin egen hjärna.

- Personen i kameran kan iaktta sin egen hjärnaktivitet och styra saker och ting enbart med sina tankar, säger Hans Knutsson, professor i medicinsk informatik vid Linköpings universitet.

Tekniken med förkortningen fMRI (functional magnetic resonance imaging) tog sina första steg i början på 1990-talet. Ett problem var att få fram användbara bilder från de extremt svaga signaler som orsakas av nervcellernas aktivitet. Hans Knutsson och hans kolleger löste det genom att använda en matematisk analys, CCA. Nu är teamet mitt uppe i nästa stora utmaning.

- I klassisk fMRI får personen hela tiden fasta instruktioner om de uppgifter som ska utföras, till exempel röra en hand eller lösa ett mattetal. Med realtids-fMRI kan situationen interaktivt förändras hela tiden, säger Hans Knutsson.

Mats Andersson, själv förste forskningsingenjör, är en rutinerad försöksperson. Han uppskattar att han tillbringat åtminstone 20 timmar i maskinen. Därinne utsätter han sig för ett mycket starkt magnetfält, 1,5 tesla – 50 000 gånger starkare än jordens.

- Men jag mår bara bra! Magnetfältet är helt ofarligt förutsatt att man inte har något av metall med sig in, säger han.

När han lägger sig i röret som ska föra in honom i kameran får han ta på en huvudspole - en antenn som fångar upp signalerna från hjärnbarken - och ett par 3D-glasögon. Han är nu ansluten till en loop där hans hjärna kan arbeta tillsammans med en dator för att lösa en uppgift.

Nu ska Mats använda loopen till att kommunicera skriftligt med en person vid en dataskärm utanför kamerarummet. I sina glasögon ser han ett virtuellt tangentbord med en rörlig markör som kan flyttas från bokstav till bokstav med små rörelser av händer och fötter. Systemet har tränats upp gradvis och nu räcker det med blotta tanken på en rörelse för att markören ska lyda.

Svaret på frågan ”favourite food” växer fram bokstav för bokstav. P, A, N, C . . . pancake. Lite hackigt, men det fungerar.

En tänkbar tillämpning av tekniken är att ge totalförlamade patienter en chans att kommunicera med omvärlden. Men i första hand ger realtidstekniken nya möjligheter att förstå hur hjärnan fungerar. Den kan också bli användbar vid hjärnkirurgi, inte minst tack vare ett nytt sätt att visualisera informationen, som utvecklas vid LiU.

- Först scannar vi hjärnan i fem minuter. Med hjälp av nya algoritmer får vi bilder med bättre djupverkan än tidigare. Sedan använder vi fMRI-signalen som en lampa som lyser där det pågår aktivitet. Ljuset sprider sig utåt och kastar skuggor (se bilden ovan). Vi kan också skala av hjärnan bit för bit och se vad som händer längre ner, säger Anders Ynnerman, professor i vetenskaplig visualisering.

Resultatet ger betydligt bättre vägledning för en kirurg än de traditionella platta bilderna, som bara visar aktiviteten på ytan av hjärnan.

- Alla blir till sig av de nya bilderna, från radiologer till neuroforskare. Nu ska vi bara paketera tekniken i en användarvänlig mjukvara, säger han.

Volymsvisualisering är gångbart på många områden utöver de medicinska, för simuleringar av luftflöden kring flygplansvingar, för att hitta defekter i industriella material, i arkeologin och så vidare. I grunden är det också samma metod som används för att skapa specialeffekter på film, som rök och eld.

Text: Åke Hjelm
Foto: Göran Billeson

2010-10-05