Ajutegevuse täpseks mõõtmiseks vajalikust

Mõtete lugemisest või isiksuse salvestamisest on ulmes korduvalt kasutatud ja ka vandenõuhüpoteeside algatajad on vahel levitanud lugusid aju kontrollist elektroonikaga. Siinkohas on teemaks see, kui keeruline ja probleemne oleks ajutegevuse täpne analüüs või kontrollimine elektriliste signaalide abil.

Kolumnite salvestusest

Kuna ajukoores kalduvad läbi kihtide vertikaalselt ulatuvad rakud umbes samaaegselt signaale tekitama, saab nende ~100 rakuliste piirkondadega lihtsustatult kohalike rakkude tegevust jälgida. Kuigi minikolumnid reageerivad ühele kitsale stiimulitüübile ei ole nende roll väga jäik, sest aja jooksul võib muutuda näiteks ühelt kehaosalt signaal saav piirkond.
Minikolumnid on ~50 mikromeetrise diameetriga ehk ligikaudu juuksekarva läbimõõduga. Tavaliselt ulatuvad ajukoore pealmisele kihile jõudvad aksonid mitme millimeetri laiusele alale. Ajukoorelt ja taalamusest pärinevad aksonid harunevad enamasti vähemalt 0,2-0,5 mm suurusele alale laiali.

Somatosensoorsel korteksil paistis nende avastamisel kolumnite maksimaalseks läbimõõduks pool millimeetrit ning iga kolumn reageeris spetsiifiliselt ühe naha, lihase või liigese piirkonna stimulatsiooni korral.
Värvi süstimine visuaalsesse korteksisse (pildil) värvub ümbrus ebaühtlaselt paari millimeetrisel alal.
Reesusahvi primaarsel motoorsel korteksil on ühes suunas liikumist põhjustavad alad 0,2 millimeetrise läbimõõduga olles eraldatud sama suurte aladega, mis põhjustavad rohkem ristisuunalist liikumist.

Teisi mõõtekohti

Kolumnilaadseid struktuure leidub lisaks ajukoorele ka teistes aju struktuurides nagu näiteks septaalalas, ülaküngastes, striaatumis, taalamuses ja periakveduktaalses hallis massis.

Pildil on närilise ülaküngastel olev läbi kihtide minev kolumnilaadne ehitus näha. Parempoolne must joon tähistab 1 millimeetrit. Läbi liikide paistab ühtlaselt ainult 80-100 sellist sammast, mille piirideks on pildil värvitud atsetüülkoliini lagundavad valgud.

Mäluks ja heaolutundeks vajalikust lateraalsest septaalalast hippokampusele väljuvad ribakujulised kimbud jõuavad septaalala järjest ventraalsemast osast väljudes vastavalt ka ventraalsemale hippokampuse osale. Ventraalsemad ribad olid ka paksemad. Lateraalsele septaalale sisendsignaale viivad aksonid jõuavad selles vähemalt 20'le vertikaalsele ribale.
Miinusena asub see sügaval aju sees ning kahjustus võib lisaks heaolutunde kaotusele mälu kaootiliseks ja vigaseks teha.

Lateraalse genikulaattuuma rakkude hulk on umbes sama suur kui nägemisnärvi kimpude hulk (1, 2) ehk ~1-1,5 miljonit. See on üheks vähestest taalamuse osadest, mis ei asu sügavamal aju sees.

Takistusi operatsioonidele




Lisatakistusi operatsioonidele põhjustavad suured veresooned nagu pildil olev Circle of Willis struktuur, mis hoiavad elus ajutüve, cerebellum'it ja aju. See muster erineb indiviiditi, kuid umbes samad piirkonnad sõltuvad ikkagi selle mustriga soontest. Ühe takistusena teeb see ligipääsu taalamusele raskemaks ja riskantsemaks.

Ajukoorega töötamist teeb raskemaks ka selle tukslemine mitme millimeetri ulatuses. Aju tukslemine võib rebida aju nendest kohtadest, kus elektroodid ulatuvad sügavamale pealispinnast. Näited ajuoperatsioonidest (1, 2). Esimeses operatsioonis oli näha tugeva tukslemise teke järsul ajurõhu langusel pärast tsüsti katkemist. Teise operatsiooni ajal oli pulss tugevam. Kukla kaudu tehtud käbikeha kasvaja eemaldusel paistis keskkond vähemliikuvana.
Ajuripatsi kasvaja eemaldusel on näha kui pikk tee oleks seda rada pidi ajuni jõuda. Ajuripatsi operatsioonide korral sisenetakse ajusse nina kaudu läbi ette jäänud kolju osade.

Lisaks anatoomnilistele ja tehnilistele takistustele on ka sotsiaalseid takistusi. Ühe eeldusena võimalusele inimese isiksust tehisajusse saamisel peaks eelnevalt oskama luua protsessoreid/tehisajusid, mis suudaks inimese tasemel teadvust alal hoida. See omakorda eeldab, et eelnevalt saadakse avalikkus sellist arengusuunda piisavalt tolerantselt suhtuma.

Elektroonikast

Elektroodide paksus ise ei pea olema väga suur. Nanojuhtmete mõõdud võivad olla mõnest nanomeetrist vähem kui nanomeetrini. Miinusena on need seni väga lühikese pikkusega ja elektrisignaalid nõrgenevad neis väga kiiresti, mistõttu mõnekümne nanomeetriga võib signaal kaduda. Mõneaatomilise elektrijuhi puhul hakkavad elektrijuhtivust vähendama ka üksikud puuduvad aatomid või põhiahelaste kõrvale hargnevad paariaatomilised harud.
DNA paksusega süsiniknanotorud võivad olla 2 nanomeetrise diameetriga. Selliste üksikkiududega saaks põhimõtteliselt ruutmillimeetri paksuse juhtmega vahendada 250 miljardi raku signaale, mis ületab tõenäoliselt inimeses olevate neuronite hulga. Samas paraneks signaalide levik nendes suurema läbimõõduga ja insuleerivad kihid peaks igale juhtmele eraldi ümber saama, muidu hakkavad need signaale omavahel jagama.
Võrdlusena saaks mikromeetrise paksusega akson vahendada ruutmillimeetrise kimbuga miljoni raku signaale. Mikromeetrise paksusega juhtmetega saaks seega vahendada minimaalselt 10 ruutmillimeetriga 10 miljoni kortikaalkolumni signaale, millest võib piisata ajukoore tegevuse täpseks jälgimiseks.

Eeldades, et kui aju suudab pärast sellist invasiivsest ja kahjulikku operatsiooni töökorras püsida, siis võib edasine suhteliselt lihtsalt minna ka tänapäevaste arvutite abil salvestades. Kolumnite ühenduskaardi koos mingi aimdusega nende vastastikkusest mõjukusest saaks sellega, kui salvestada mingil koordinaadil aktiveerunud punkti koht ja aeg.
Sobiks nii ärkvelolek kui üldnarkoos. Viimasel juhul saab ka neuroneid elektriliselt aktiveerida ja paljudes aju ühenduste uuringutes vaadatakse millised kohad aktiveeruvad üldnarkoosis loomades. Samas üldnarkoos kaotab kiiresti mõju, paljud üldnarkoosiained on maksale väga toksilised ja need võivad moonutada neuronite mõju üksteisele. Üldnarkoosi variandi puhul saaks aktiveerida hajusalt pooljuhuslikke punkte ja salvestada lisaks stimuleerimiskohtadele järgneva paarikümne millisekundi sees aktiveerunud kohti. Enamasti aktiveeruvad stimuleerimisel järgmised rakud hiljemalt paarikümne millisekundi jooksul. 10 miljoni kolumni selliseks läbiproovimiseks läheks (kui igas minikolumnis oleks 1 elektrood) 10 kolumnit sekundis tempoga miljon sekundit e. ~11 päeva. Testimiskiirusega 100- 1000 kolumnit sekundis hakkaksid stimulatsioonikohad üksteist tõenäolisemalt mõjutama, kuid kõigi äratestimiseks kuluks vastavalt päev või ~2 tundi. Juhusliku ülekordamisega saaks kiirema proovimise puhul ka kiiresti üle korrata muutused ja eri testimiste ajal mittekattunud kohad taustmürana eemaldada. Rohkemate rakkude samaaegse testimise puhul oleks kahjustustel (ajuverejooksud, nakkused, kuivamine, immuunvastus jne.) vähem aega moodustumiseks.
Paratamatute lünkadena paistavad veresoonte alla jäävad osad ning sügavamal ajus olevad kohad. Samuti kalduvad aju voltide vahelised piirkonnad tihedalt koos olema ning enamus ajukoore pindalast jääb inimesel sügavamale aju voltide vahele.

Alternatiivina võib olla võimalik inimese kehast saadud neuronite kasutamine nende piirkondadega ühendamiseks. Aksoneid saaks panna kasvama soovitud piirkonnast pärinevate kasvufaktorite suunas, kuid suureks probleemiks võib saada halvasti ühendatud neuronite tekitatud häired neuropaatilisest valust epilepsiani ning nende aeglane kasvukiirus koos samaaegselt aegaselt muutuvate ühendusmustritega.

Kokkuvõtteks ei usu ma, et selline aju analüüs oleks lähiaastatel saavutatav ning lisaks ei tundu sellise tihedusega elektroodide paigutus kunagi kahjutuks protseduuriks saavana, ükskõik kui peeneks need elektroodid saadakse. Operatsiooni õigustavat otstarvet ma selliseks protseduuriks veel ei näe aga katseloomade peal võidakse sellist asja tõenäoliselt lubada varsti pärast tehniliste võimaluste teket.