الذكريات صعبة. لقد قمت بجولة في أتلانتيك كندا خلال الأسابيع الثلاثة الماضية ، وتذكرتني بالفعل عن الرحلة - التواريخ والأماكن والأطعمة والمغامرات - لا تتطابق مع الدبابيس الموجودة على خرائط Google أو إدخالات دفتر اليومية. كان عقلي يتعلم تجارب جديدة ويرمز الذكريات - ليس بقوة كافية لتستمر حتى أسبوع.
يزداد احتباس الذاكرة سوءًا مع تقدم العمر. بالنسبة للأشخاص الذين يعانون من إصابات في الدماغ ، مثل السكتة الدماغية أو الصدمات الجسدية للدماغ ، يمكن أن يكون الضعف شديدًا. ماذا لو كانت هناك طريقة لتعزيز قدرة الدماغ بشكل مصطنع على الاحتفاظ بالذكريات؟
الفكرة تبدو وكأنها أ أسود مرآة حلقة. لكن هذا الشهر ، دراسة جديدة in الحدود في العلوم العصبية البشرية قدم بعضًا من الأدلة الأولى على إمكانية استخدام "اصطناعية للذاكرة" في البشر. الطرف الاصطناعي ليس جهازًا ؛ بدلاً من ذلك ، إنها سلسلة من الأقطاب الكهربائية المزروعة داخل الحُصين - وهي بنية مدفونة في أعماق الدماغ وهي مهمة للذكريات العرضية - والتي تشفر متى وأين وماذا في تجاربنا اليومية.
يعتمد الإعداد على عرض غير رومانسي تمامًا للذاكرة. بدلًا من موجات الثراء والتفصيل ، ذكريات عاطفية التي تغرق أدمغتنا ، فهي ترى أن الذكريات هي مجرد إشارات كهربائية تم إنشاؤها بواسطة طريق سريع عصبي منظم جيدًا داخل الحُصين. إذا تمكنا من التقاط هذه الإشارات أثناء تعلم شخص ما ، فيمكننا نظريًا إعادة تشغيل التسجيلات إلى الدماغ - في شكل انفعالات كهربائية - وربما تعزيز تلك الذاكرة المعينة.
اعتمد الفريق على عملهم السابق في هندسة الأطراف الاصطناعية للذاكرة. في الأشخاص المصابين بالصرع ، أظهروا أنه من خلال إعادة إدخال الإشارات العصبية التي تشفر نوعًا واحدًا من الذاكرة في مهمة محددة ، عززت عمليات الانطلاق الاسترجاع بأكثر من 50 بالمائة.
شملت الدراسة مجموعة صغيرة. لكن بشكل لا يصدق ، أظهر أولئك الذين عانوا من فقدان الذاكرة سابقًا أفضل التحسينات.
للتوضيح ، لم يطور الفريق كاميرا فيديو للذاكرة. يحاكي النظام جزئيًا العملية الطبيعية للحصين لتشفير الذاكرة واسترجاعها ، والتي يمكن أن تكون ذاتية السمعة وغير موثوقة إلى حد ما. قد لا تعمل الأطراف الاصطناعية المماثلة للذاكرة بشكل جيد في العالم الحقيقي ، حيث يتم قصفنا باستمرار بتجارب جديدة و ذكريات.
ومع ذلك ، تُظهر الدراسة طريقة لمساعدة الأشخاص المصابين بالخرف أو الزهايمر أو أسباب أخرى لفقدان الذاكرة على الاحتفاظ بأجزاء من حياتهم يمكن أن تُفقد لولا ذلك.
"إنها لمحة عن مستقبل ما يمكننا القيام به لاستعادة الذاكرة ،" محمد الدكتور كيم شابيرو من جامعة برمنجهام ، الذي لم يشارك في الدراسة ، ل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تكنولوجي ريفيو.
كيف يعمل؟
كل ذلك يعود إلى النبضات الكهربائية المحيطة بالحصين وداخله.
دعونا نكبر الصورة. الحُصين ، هيكل على شكل فرس البحر ، يوصف غالبًا بأنه محور مترابط للذكريات. لكن - أدخل تشبيه الطعام - بدلاً من كتلة موحدة من الجبن ، فهو أشبه بغمس الجبن متعدد الطبقات ، حيث تتدفق النبضات الكهربائية عبر طبقات مختلفة لأنها تشفر الذكريات وتحتفظ بها وتستعيدها.
بالنسبة للأطراف الاصطناعية للذاكرة ، ركز الفريق على منطقتين محددتين: CA1 و CA3 ، اللتان تشكلان دائرة عصبية شديدة الترابط. أشارت عقود من العمل في القوارض والقرود والبشر إلى هذا الطريق السريع العصبي باعتباره جوهر تشفير الذكريات.
أعضاء الفريق بقيادة د. دونغ سونغ من جامعة جنوب كاليفورنيا وروبرت هامبسون من كلية ويك فورست للطب ، ليسوا غرباء عن الأطراف الاصطناعية للذاكرة. مع "مهندس بيولوجي للذاكرة" الدكتور ثيودور بيرجر - الذي عمل على اختطاف دائرة CA3-CA1 لتحسين الذاكرة لأكثر من ثلاثة عقود - حقق فريق الأحلام أول نجاح له على البشر في عام 2015.
الفكرة المركزية بسيطة: تكرار إشارات الحُصين باستبدال رقمي. إنها ليست مهمة سهلة. على عكس دوائر الكمبيوتر ، فإن الدوائر العصبية غير خطية. وهذا يعني أن الإشارات غالبًا ما تكون صاخبة للغاية وتتداخل مع الوقت ، مما يعزز - أو يثبط - الإشارات العصبية. كما قال بيرغر في ذلك الوقت: "إنه صندوق أسود فوضوي".
لفك شفرة الذاكرة ، عمل الفريق على خوارزميتين. الأول ، يسمى نموذج فك تشفير الذاكرة (MDM) ، يأخذ متوسط الأنماط الكهربائية عبر العديد من الأشخاص أثناء تشكيلهم للذكريات. الآخر ، المسمى متعدد المدخلات ، متعدد المخرجات (MIMO) ، هو أكثر تعقيدًا ، حيث يشتمل على كل من الأنماط الكهربائية للمدخلات والمخرجات - أي ، دائرة CA3-CA1 - ويحاكي تلك الإشارات في كل من المكان والتوقيت. من الناحية النظرية ، فإن نبض كل من الإشارات الكهربية المستندة إلى MDM و MIMO مرة أخرى في الحُصين يجب أن يعطيه دفعة قوية.
في سلسلة من التجارب ، الأول في الفئران و القرود، ثم في بشر أصحاء، وجد الفريق أن الأطراف الاصطناعية للذاكرة يمكن أن تحسن الذاكرة عندما تتعطل الدوائر العصبية مؤقتًا ، كما هو الحال مع الأدوية. لكن تجاوز الدوائر المصابة ليس كافيًا - فما أرادوه هو ذاكرة اصطناعية حقيقية يمكنها ذلك يحل محل الحُصين في حالة تلفه.
الجامع العالم الجديد
استفادت الدراسة الجديدة من مورد علم الأعصاب القيّم: الأشخاص المصابون بالصرع والذين لديهم أقطاب كهربائية مزروعة في مناطق مرتبطة بالذاكرة في أدمغتهم. تساعد الغرسات ، الموجودة في أعماق الدماغ ، جراحي الأعصاب على تعقب مصدر نوبات الصرع. من بين 25 مشاركًا تم اختيارهم ، لم تظهر على بعضهم أعراض أخرى غير الصرع ، بينما كان لدى البعض الآخر إصابات خفيفة إلى متوسطة في الدماغ.
ها هو الاختبار. عُرض على المشاركين صورة على الشاشة ، ثم بعد تأخير ، عُرض عليهم نفس الصورة مع ما يصل إلى سبعة بدائل مختلفة. كان هدفهم هو انتقاء الصورة المألوفة. قام كل مشارك بدورة سريعة خلال 100-150 تجربة ، تم خلالها تسجيل نشاط الحصين الخاص بهم لالتقاط ذاكرتهم قصيرة المدى.
بعد 15 دقيقة على الأقل ، تم عرض 3 صور على المشاركين وطُلب منهم ترتيب مدى معرفة كل منهم. إنها مهمة صعبة: إحداها كانت عينة من الصورة من التجربة ، والأخرى بديلاً بدا مألوفًا ، وواحدة لم يسبق رؤيتها من قبل. كان القصد من ذلك التقاط ذاكرتهم طويلة المدى.
فلاش إلى الأمام. في أحد الأيام بين إزالة الأقطاب الكهربائية ، خضع المشاركون لجولة أخرى من اختبارات الذاكرة شبيهة بتلك التي تم إجراؤها من قبل. تلقى بعض الأشخاص تحفيزًا كهربائيًا بناءً على إشاراتهم العصبية الخاصة ، والتي تتم معالجتها إما بواسطة خوارزمية MDM أو MIMO. انطلق البعض الآخر بنبضات عشوائية. لم تتلق المجموعة الأخيرة أي تحفيز على الإطلاق.
بشكل عام ، أدى تحفيز أدمغة الأشخاص المصابين بالصرع إلى تعزيز أداء الذاكرة بنحو 15 بالمائة. تلك النبضات مع MDM - التي تستخدم متوسط الإشارات الكهربائية - حصلت على زيادة تافهة بنسبة 13.8 في المائة. في المقابل ، فإن نموذج MIMO ، الذي يحاكي الإشارات العصبية لكل حصين ، جعل أداءها يتحسن بنسبة 36٪.
قال الفريق: "بغض النظر عن وظيفة الذاكرة الأساسية (ضعيفة مقابل عادية) ، ينتج نموذج MIMO ضعف التسهيل على الأقل مقارنة بنموذج MDM".
الطريق الطويل للأمام
على الرغم من أن هذه الدراسة واعدة ، إلا أنها مجرد خطوة صغيرة تالية نحو تركيب حصين اصطناعي. نظرًا لأن المشاركين أزالوا أقطابهم الكهربائية بعد الاختبار الثاني ، فإننا لا نعرف ما إذا كانت التأثيرات - ولا إلى متى - استمرت ، أو ما إذا كان التحفيز المستمر ضروريًا.
في حين أن الأطراف الاصطناعية للذاكرة يمكن أن تفيد الأشخاص المصابين بمرض الزهايمر ، إلا أن هناك الكثير من التفاصيل التي يجب تسويتها. إعداد القطب هنا بدائي نسبيًا ، فهل يمكن استخدام مصفوفة دقيقة أو جهاز غير باضع؟ إذا كان الأمر كذلك ، فهل يجب تشغيل الجهاز على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع؟ بعد كل شيء ، نحن لا نتذكر كل ذكرياتنا - هناك نوع من "التطهير" المتشابك الذي يعتقد أنه يحدث أثناء النوم.
في الوقت الحالي ، التكنولوجيا بعيدة كل البعد عن أن تكون جاهزة للاستخدام السريري. لكنها لمحة عما يمكن أن يكون. على أقل تقدير ، تُظهر الدراسة ذلك ، على غرار ما يسيطر عليه الدماغ أطرافهم الاصطناعية، شريحة الذاكرة ليست مستحيلة للأشخاص الذين هم في أمس الحاجة إليها.
