there's only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

太陽系の中で唯一、自分自身を研究できるほど洗練されたものがあります。

the human brain.

人間の脳

But this self-investigation is incredibly challenging;

しかし、この自己調査は信じられないほど難しい。

a living brain is shielded by a thick skull,

生きている脳は厚い頭蓋骨に遮られています。

swaddled in layers of protective tissue,

何層にもわたった保護組織に包まれて

and made up of billions of tiny, connected cells.

と数十億個の小さな細胞がつながってできています。

That's why it's so difficult to isolate, observe, and understand diseases

だからこそ、病気を分離し、観察し、理解することが難しいのです。

like Alzheimer's.

アルツハイマーのように

So how do we study living brains without harming their owners?

では、どうやって飼い主を傷つけずに生きた脳を研究するのか？

We can use a trio of techniques called EEG,

脳波と呼ばれるトリオの技術を使って

fMRI,

fMRI。

and PET.

とＰＥＴ。

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

それぞれが何かを測り、長所と短所を持っています。

and we'll look at each in turn.

と順番に見ていきます。

First is EEG, or electroencephalography,

1つ目は脳波、つまり脳波検査です。

which measures electrical activity in your brain.

あなたの脳の電気的活動を測定する

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

脳細胞が通信を行うと、電気の波が発生します。

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

頭蓋骨の上に置かれた電極がこれらの波を拾う。

and differences in the signals detected between electrodes

と電極間で検出される信号の差

provide information about what's happening.

起こっていることについての情報を提供します。

This technique was invented almost 100 years ago,

この技術は100年近く前に発明されました。

and it's still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

今でもてんかんや睡眠障害などの診断に使われています。

It's also used to investigate what areas of the brain are active

脳のどの部分が活性化しているかを調べるのにも使われています。

during learning or paying attention.

学習中や注意を払っている間に

EEG is non-invasive,

脳波は非侵襲的です。

relatively inexpensive,

比較的安価である。

and fast:

と、早くして。

it can measure changes that occur in just milliseconds.

わずかミリ秒で発生する変化を測定することができます。

Unfortunately, it's hard to determine

残念ながら、判断するのは難しいですが

exactly where any particular pattern originates.

は、特定のパターンがどこから来ているかを正確に示しています。

Electrical signals are generated constantly all over the brain

電気信号は脳のいたるところで常に発生している

and they interact with each other to produce complex patterns.

そして、それらは相互に作用して複雑なパターンを生み出します。

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

より多くの電極を使用するか、または洗練されたデータ処理アルゴリズムを使用することができます。

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

しかし、最終的には、脳波は、特定の活動が発生したときに正確に伝えることができますが。

it can't tell you precisely where.

正確な場所は分からない

To do that, you'd need another technique,

そのためには、別のテクニックが必要です。

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

機能的磁気共鳴画像法、fMRIなど。

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

fMRIは、脳細胞がどれだけ早く酸素を消費するかを測定します。

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

脳の活動領域は、酸素をより早く使うようになります。

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

人が認知や行動のタスクを完了している間にfMRIスキャンを見ていると

can provide information about which regions of the brain might be involved.

は、脳のどの領域が関与しているかについての情報を提供してくれます。

That allows us to study everything from how we see faces

それによって、顔の見え方からすべてを勉強することができます。

to how we understand what we're feeling.

私たちが感じていることをどのように理解しているかに

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

fMRIは脳の活動の違いを数ミリ以内にピンポイントで検出することができます。

but it's thousands of times slower than EEG.

でも脳波の何千倍も遅いのよ

Using the two techniques together

2つのテクニックを一緒に使う

can help show when, and where, neural activity is occurring.

は、いつ、どこで、神経活動が発生しているかを示すのに役立ちます。

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

3番目の、より正確な技術は、ポジトロン断層撮影と呼ばれています。

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

と脳内に導入された放射性元素を測定します。

That sounds much scarier than it actually is;

それは実際よりもずっと怖い響きですね。

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

PETスキャンはfMRIや脳波のように全く安全です。

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

PETスキャンでは、トレーサーと呼ばれる少量の放射性物質が

is injected into the bloodstream,

が血流に注入されます。

and doctors monitor its circulation through the brain.

そして、医師は脳内の循環を監視しています。

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

トレーサーを改変して特定の分子に結合させることで

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

研究者はPETを使って脳内の複雑な化学反応を研究することができます。

It's useful for studying how drugs affect the brain

薬が脳にどのような影響を与えるかを調べるのに役立つ

and detecting diseases like Alzheimer's.

とアルツハイマー病のような病気を検出します。

But this technique has the lowest time resolution of all

しかし、この技術はすべての中で最も低い時間分解能を持っています。

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

なぜなら、トレーサーが循環して変化が現れるまでに数分かかるからです。

These techniques collectively help doctors and scientists

これらの技術は、医師や科学者の助けになります。

connect what happens in the brain with our behavior.

脳で起きていることを行動に結びつけます。

But they're also limited by how much we still don't know.

しかし、彼らもまた、我々がまだどれだけ知らないかによって制限されています。

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

例えば、研究者が記憶の仕組みを研究しているとしましょう。

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

50人の参加者にMRIスキャナーに入っている間に一連の画像を記憶してもらった後。

the researchers might analyze the results

研究者は結果を分析するかもしれない

and discover a number of active brain regions.

といくつかのアクティブな脳の領域を発見します。

Making a link between memory and specific parts of the brain

記憶と脳の特定の部分をリンクさせる

is an important step forward.

は重要な一歩です。

But future research would be necessary

しかし、今後の研究が必要であろう

to better understand what's happening in each region,

をご覧いただくことで、各地域の状況をより深く理解することができます。

how they work together,

どうやって一緒に仕事をするのか

and whether the activity is because of their involvement in memory

と、その活動が記憶に関与しているためかどうか

or another process occurring simultaneously.

または別のプロセスが同時に発生しています。

More advanced imaging and analysis technology

より高度なイメージングと分析技術

might one day provide more accurate results

案外正確な結果が得られるかもしれない

and even distinguish

しても区別する

the activity of individual neurons.

個々のニューロンの活動を調べます。

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

それまでは、私たちの脳は、測定し、分析し、革新し続けるでしょう。

in pursuit of that quest to understand

その探求のために

one of the most remarkable things we've ever encountered.

これまでに出会った中で最も驚くべきものの一つです。