Hugræn taugavísindi leitast við það að skýra virkni hugarferla okkar svo sem hugsanir, minningar, skynjanir og upplifanir, þ.e.a.s. hvað gerist frá því að einstaklingur verður fyrir áreiti og þar til að svörun á sér stað (Smith og Kosslyn, 2009). Tilkoma tölvunnar árið 1949 hafði mikil áhrif á hugfræðina því hugfræðingum þótti tölvan vera nánast fullkomin samlíking við heilann og virkni hans. Tölvan tekur við ákveðnum upplýsingum, vinnur með þær og skilar ákveðinni útkomu/hegðun líkt og heilinn. Samlíkingin byggist á því að heilinn sé eins og harði diskurinn í tölvum og hugurinn forritið (Smith og Kosslyn, 2009).

Sálfræðigreinin hugræn taugavísindi þróaðist útfrá heimspeki líkt og allar aðrar vísindagreinar en greinin sameinar hugræn læknavísindi og hugræna sálfræði. Heimspekingar höfðu lengi vel velt því fyrir sér hvað er hugur og hvað er hugsun en einnig hvernig við öðlumst þekkingu og skilning  en um aldarmótin 1800 fóru hugfræðingar að rannsaka höfuðlag einstaklinga (Ward, 2010). Það var gert í þeim tilgangi að finna svör við því hvernig hugurinn starfaði og því má segja að höfuðlagsfræði hafi verið upphafs rannsóknaraðferð hugfræðinnar. Höfuðlagsfræðin gengur útfrá tveimur lykilályktunum, annarsvegar að hvert heilasvæði stjórni sérstakri hegðun og hinsvegar að stærð heilasvæðanna grundvalli einstaklingsmun í hugsun og persónuleika (Ward, 2010). Þrátt fyrir að þessi kenning sé löngu úrelt þá eru nýjustu rannsóknir hugrænna taugavísinda í sambærilegum pælingum þar sem mikil áhersla er lögð á að staðsetja og afmarka virkni sértækra heilasvæða.

Þróun hugrænna taugavísinda gekk hægt lengi vel en rannsóknir hugfræðinnar tóku sitt fyrsta stökk með uppgötvun á virkni einstakra taugafruma um aldarmótin 1900. En næsta stökk var síðan um 1960-70 þegar hægt var að nýta nýja tegund tækni til þess að rannsaka og mæla enn frekar virkni tauga og heilasvæði með tækjum sem byggjast á tölvutækni líkt og EEG og fMRI (Ward, 2010). Heilarafritun (EEG) er tæki sem mælir taugalífeðlislega rafvirkni í heilanum. Rafskauti er komið fyrir á höfði sjúklinga sem nemur rafboð í hz frá hóptaugafrumum sem liggja saman og senda frá sér rafboð í takti við hvor aðra. Rafboðin fara síðan í gegnum magnara sem magnar þau upp í þeim tilgangi að tölvan geti tekið á móti og unnið með upplýsingarnar. Tölvan umbreytir þessum upplýsingum yfir á myndrænt bylgjulaga form sem birtist á tölvuskjá. Þar af leiðandi hafa þessi rafboð verið kölluð heilabylgjur en þeim er skipt niður í fimm flokka eftir styrkleika/hz (Ward, 2010). Kostir heilarafrita eru helst þeir að niðurstöður gefa nákvæmar upplýsingar um viðbragðstíma heilans við áreitum ásamt því að gefa vísbendingu um staðsetningu heilavirkninnar. Helsti gallinn er sá að tækið mælir illa nákvæma staðsetningu um uppruna rafboðanna en einnig að það er viðkvæmt fyrir truflunum innri og ytri ferla (Ward, 2010). Því getur verið vafasamt að túlka niðurstöður þessara mælinga án tillits til þessara galla.

Til þess að fá djúpstæðari skilning á virkni heilans er notast við tæki líkt og stafræna segulómmyndun (fMRI) sem gefur betri upplýsingar um nákvæma staðsetningu heilavirkni. Stafræn segulómmyndun er einnig tæki sem byggir á tölvutækni en það mælir virkni á heilasvæðum með tilliti til breytinga á blóðflæði og súrefnismettunar í blóði. Tækið sendir frá sér rafbylgjur sem hafa áhrif á róteindirnar í blóðinu en þegar þær hafa jafna sig eftir “árás” rafbylgnanna greinir stafræna segulómmyndunartækið merkið frá þeim. Þær róteindir sem eru umluktar vel súrefnismettuðu blóði senda frá sér sterkasta merkið sem gefur til kynna aukið blóðflæði og þar af leiðandi nákvæma staðsetningu heilavirkni (Watson, 2013). Kostir stafrænnar segulómmyndunar eru helst þeir að niðurstöður sýna frekar nákvæmlega hvar heilavirknin er staðsett en einnig að tæknin byggist á segulsviði og er því ekki skaðleg líkt og ef um geisla er að ræða. Helsti galli stafrænnar segulómmyndunar er hinsvegar sá að ferlið er mjög viðkvæmt og smávægileg hreyfing þátttakenda getur haft áhrif á merkin sem róteindirnar gefa frá sér. Tölvan tekur síðan þessi merki og upplýsingar saman og umbreytir þeim í þrívíða mynd af heilanum en ásamt því er notast við tölvuforrit sem kortleggur heilann í hinar smæstu einingar (Watson, 2013). Þetta forrit býr til svokölluð hnit sem kortleggja og skrásetja virknina en það auðveldar samanburð niðurstaða á milli einstaklinga og rannsókna (Ward, 2010). Tilkoma þessarar nýju tölvutækni hefur augljóslega haft gríðarlega mikil áhrif á þróun hugrænna taugavísinda, aukið lífsgæði mannsins sem og skilning á heilavirkni. Samt sem áður þarf að varast það að taka niðurstöðum sem heilögum sannleik vegna þess að rannsóknir af þessum toga notast við margskonar fyrirfram gefnar forsendur sem erfitt getur reynst að fullsanna.

Bandarísku prófessorarnir Marcel Just og Tom Michell sem starfa við Carnegie Mellon University hafa framkvæmt viðamiklar rannsóknir á heilavirkni með hjálp stafrænnar segulómunnar tækni en þeir vilja meina að innan örfárra ára geti tölvur lesið hugsanir og tilfinningar manna. Þeir telja að þessi tækni muni geta nýst í alvarlegum dómsmálum sem og málum sem varða þjóðaröryggi en útiloka ekki að hinn almenni borgari geti einnig haft not fyrir hana. Nú þegar hefur þessi tækni verið nýtt í dómstólum í Indlandi þar sem kona var sakfelld fyrir að hafa eitrað fyrir manninum sínum, í þessu tilfelli voru niðurstöður stafræna segulómunar tækni nýttar til þess að sanna að konan hefði verið á morðvettvanginum. Niðurstöður tækisins sýndu að heilavirkni var hjá konunni á ákveðnu svæði heilans þegar henni var sýnd mynd af morð vettvanginum sem dómatólar töldu sanna það að hún hafi verið viðriðin morðið (Giridharadas, 2008).

Markaðsfyrirtæki eru líka farin að nýta þessa tækni til þess að komast að því hvað neytendur hugsa um og þrá og hvernig best sé að selja þeim vörur sem þeir bjóða uppá. Stórfyrirtæki s.s. Intell, Mc Donalds, Mtv, Coca Cola ofl. eru í dag að kaupa þjónustu frá fyrirtækinu Neurosense sem sérhæfir sig í að rannsaka heilavirkni neytenda til þess að þekkja þá og sníða auglýsingar að virkni huga þeirra (Neurosense, 2013). Vísindamenn á þessu sviði vilja meina að í framtíðinni verði þessi tækni orðin svo þróuð að hægt verði að lesa hugsanir gangandi vegfarenda án þess að þeir hafi nokkra vitneskju um það (The Technological Citizen, 2010). Þessi þróun gæti því leitt til þess að fyrirtæki hefðu greiðan aðgang að hugsunum og löngunum neytenda og þannig hefðu þeir vald til þess að hafa áhrif á ákvarðanir okkar og stjórna þeim. Þessi þróun er á vissan hátt ógnvekjandi því að í dag telst það til grundvallarréttinda mannsins að hafa sínar eigin hugsanir og langanir útaf fyrir sig. Einnig vekur þetta upp alvarlegar siðferðislegar spurningar varðandi friðhelgi einkalífsins og rétt einstaklinga á því að ekki sé leikið á hugsanir þeirra og haft áhrif á hugarstarf sem og ákvarðanatöku án vitundar þeirra. Því þarf að ígrunda rækilega hverjir eigi að hafa vald yfir þessari tækni og gera skýrann ramma utan um það hvernig hún er notuð aðallega vegna þess hve auðvelt er að misnota þetta. Hugmyndirnar sem taldar hafa verið upp hér að ofan byggja í raun á niðurstöðum rannsókna sem einungis rannsökuðu afar einföld hugarferli en tilraunin felst í því að bera kennsl á heilasvæði sem tengjast hugsun um ákveðinn hlut. Þátttakendum eru sýndar afar einfaldar myndir/form af t.d. hamri, skrúfjárni, bolla o.s.frv., tölvan sér síðan um að skrá niður á hvaða heilasvæðum virknin á sér stað þegar þátttakendum er sýnd hver og ein mynd. Því næst eru þátttakendur beðnir að hugsa um einhverja af þessum myndum og skoða hvaða heilasvæði virkjast, útfrá því para þeir virkni heilasvæða saman við myndirnar og gefa sér það að ef að sömu svæðin virkjast aftur sé þátttakandin að hugsa um sömu myndina (The Technological Citizen, 2010).

Enn er þó langt í land varðandi það að hægt verði að lesa allar hugsanir manna því gífurlegur gagnagrunnur þyrfti að vera til staðar um virkni heilans þannig að hægt væri að túlka flóknari hugarferli líkt og tilfinningar, ást og upplifanir. Einnig er vert að huga að því að erfitt getur reynst að full sannreyna hvað þessar niðurstöður virkilega þýða vegna þess að við erum alltaf að notast við fyrirframgefnar forsendur eins og t.d. þær að raunveruleg virkni eigi sér stað á því svæði sem aukið blóðflæði er vegna þess að við vitum ekki hvort að heilavirkni geti átt sér stað án aukins blóðflæðis en þar af leiðandi getur túlkun niðurstaðna leitt til rangra ályktana (Crawford, 2008).

Tæknin hefur vissulega leitt af sér margar frjósamar og áhugaverðar rannsóknir en niðurstöðurnar sem þær byggja á eru oft á tíðum ofmetnar vegna þess hve takmarkaðar upplýsingar tækin gefa okkur. Sem dæmi má nefna þá nemur stafræna segulómstækið aðeins heilavirkni á ákveðnum tímapunkti en spurning er ennþá um hvað gerist á þessum svæðum á milli mælinga og eftir þær þar sem að taugafrumurnar gefa frá sér rafmerki útfrá einu broti úr sekúndu (The Technological Citizen, 2010). Auk þess eru margar þessara rannsókna aðeins framkvæmdar einu sinni vegna þess að þær eru flóknar, dýrar og erfiðar í framkvæmd. Þar af leiðandi eru ályktanir dregnar útfrá litlum rannsóknum án þess að þær séu sannreyndar með öðrum rannsóknum en grundvöllur allrar vísindalegrar þekkingar byggir á margprófunum og sönnunum á nákvæmri virkni.
 
Höfundar: Alma Ösp Arnórsdóttir, Stefana Kristín Ólafsdóttir og Snorri Freyr Fairweather, nemendur í tölvunarfræði við Háskólann í Reykjavík

Heimildaskrá

Crawford, M. B. (2008). "The Limits of Neuro-Talk,". The New Atlantis, Number 19, pp. 65-78. Sótt 11. október 2012 af (http://www.thenewatlantis.com/publications/the-limits-of-neuro-talk.
Giridharadas, A. (2008, september). The New York Times, World. Sótt 11. október 2013 af  http://www.nytimes.com/2008/09/15/world/asia/15brainscan.html?_r=0.
Neurosense. (2013). Clients. Sótt 10. október 2013 af http://www.neurosense.com/index.php/clients.
Smith, E. E. og Kosslyn, S. M. (2009). Cognitive Psychology: Mind and Brain: International Edition. Pearson Prentice Hall.
The Technological Citizen. (2010, október). Reading Minds With fMRI. Sótt 11. október 2013 af http://thetechnologicalcitizen.com/?p=2471.
Ward, J. (2010). The student’s guide to cognitive neuroscience (2nd ed.). London ; New York: Psychology Press.
Watson, S. (2013). How does fMRI scan the Brain? How stuff works, science. Sótt 10. október 2013 af http://science.howstuffworks.com/fmri1.htm