Οι αναμνήσεις είναι περίεργες. Έχω κάνει περιοδείες στον Ατλαντικό Καναδά τις τελευταίες τρεις εβδομάδες και ήδη η ανάμνηση του ταξιδιού μου - ημερομηνίες, μέρη, φαγητά, περιπέτειες - δεν ταιριάζει με τις πινέζες στους Χάρτες Google ή τις εγγραφές ημερολογίου. Ο εγκέφαλός μου μάθαινε νέες εμπειρίες και κωδικοποιούσε αναμνήσεις—απλώς όχι τόσο δυνατά ώστε να διαρκέσει ούτε μια εβδομάδα.
Η διατήρηση της μνήμης χειροτερεύει με την ηλικία. Για άτομα με εγκεφαλικές κακώσεις, όπως από εγκεφαλικό ή σωματικό τραύμα στον εγκέφαλο, η βλάβη μπορεί να είναι εντελώς εξουθενωτική. Τι θα γινόταν αν υπήρχε ένας τρόπος να ενισχυθεί τεχνητά η ικανότητα του εγκεφάλου να διατηρεί τις αναμνήσεις;
Η ιδέα ακούγεται σαν α Μαύρος Καθρεφτής επεισόδιο. Αλλά αυτό το μήνα, μια νέα μελέτη in Τα σύνορα στην ανθρώπινη νευροεπιστήμη παρείχε μερικές από τις πρώτες ενδείξεις ότι μια «προσθετική μνήμης» είναι δυνατή στους ανθρώπους. Το προσθετικό δεν είναι συσκευή. Μάλλον, είναι μια σειρά ηλεκτροδίων που εμφυτεύονται μέσα στον ιππόκαμπο - μια δομή θαμμένη βαθιά μέσα στον εγκέφαλο που είναι κρίσιμη για τις επεισοδιακές αναμνήσεις - που κωδικοποιεί το πότε, πού και τι από τις καθημερινές μας εμπειρίες.
Η ρύθμιση βασίζεται σε μια εντελώς αντιρομαντική άποψη της μνήμης. Αντί για τα κύματα των πλούσιων, λεπτομερών, συναισθηματικές αναμνήσεις που κατακλύζουν τον εγκέφαλό μας, υποστηρίζει ότι οι μνήμες είναι απλώς ηλεκτρικά σήματα που παράγονται από έναν καλά ρυθμισμένο νευρικό δρόμο μέσα στον ιππόκαμπο. Εάν μπορούμε να συλλάβουμε αυτά τα σήματα ενώ ένα άτομο μαθαίνει, τότε θεωρητικά θα μπορούσαμε να αναπαράγουμε τις ηχογραφήσεις πίσω στον εγκέφαλο - με τη μορφή ηλεκτρικών ζαμπών - και ενδεχομένως να ενισχύσουμε τη συγκεκριμένη μνήμη.
Η ομάδα βασίστηκε στο προηγούμενο έργο της μηχανικής προσθετικής μνήμης. Σε άτομα με επιληψία, έδειξαν ότι με την εκ νέου εισαγωγή νευρικών σημάτων που κωδικοποιούν έναν τύπο μνήμης σε μια συγκεκριμένη εργασία, τα zaps ενίσχυσαν την ανάκληση κατά πάνω από 50 τοις εκατό.
Η μελέτη περιελάμβανε μια μικρή ομάδα. Αλλά απίστευτα, όσοι υπέφεραν από προηγούμενη απώλεια μνήμης εμφάνισαν τις καλύτερες βελτιώσεις.
Για να είμαστε σαφείς, η ομάδα δεν ανέπτυξε βιντεοκάμερα για μνήμη. Το σύστημα μιμείται εν μέρει την κανονική διαδικασία του ιππόκαμπου για κωδικοποίηση και ανάκληση μνήμης, η οποία μπορεί να είναι διαβόητη υποκειμενική και κάπως αναξιόπιστη. Ένα παρόμοιο προσθετικό μνήμης μπορεί να μην λειτουργεί καλά στον πραγματικό κόσμο, όπου βομβαρδιζόμαστε συνεχώς με νέες εμπειρίες και αναμνήσεις.
Τούτου λεχθέντος, η μελέτη δείχνει έναν τρόπο να βοηθηθούν τα άτομα με άνοια, Αλτσχάιμερ ή άλλες αιτίες απώλειας μνήμης να διατηρήσουν αποσπάσματα από τη ζωή τους που διαφορετικά θα μπορούσαν να χαθούν.
"Είναι μια ματιά στο μέλλον του τι μπορούμε να κάνουμε για να αποκαταστήσουμε τη μνήμη." είπε Ο Δρ Kim Shapiro στο Πανεπιστήμιο του Birmingham, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη, να MIT Technology Review.
Πώς λειτουργεί;
Όλα καταλήγουν στους ηλεκτρικούς παλμούς που περιβάλλουν τον ιππόκαμπο και μέσα σε αυτόν.
Ας κάνουμε μεγέθυνση. Ο ιππόκαμπος, μια δομή σε σχήμα ιππόκαμπου, περιγράφεται συχνά ως ένας μονολιθικός κόμβος για αναμνήσεις. Αλλά—εισάγετε την αναλογία τροφής— αντί για ένα ομοιόμορφο κομμάτι τυριού, μοιάζει περισσότερο με ένα ντιπ τυριού πολλαπλών στρωμάτων, με ηλεκτρικούς παλμούς που ρέουν μέσα από διαφορετικά στρώματα καθώς κωδικοποιεί, διατηρεί και ανακαλεί μνήμες.
Για το προσθετικό μνήμης, η ομάδα εστίασε σε δύο συγκεκριμένες περιοχές: CA1 και CA3, οι οποίες σχηματίζουν ένα εξαιρετικά διασυνδεδεμένο νευρικό κύκλωμα. Δεκαετίες εργασίας σε τρωκτικά, πρωτεύοντα θηλαστικά και ανθρώπους έχουν δείξει σε αυτόν τον νευρικό αυτοκινητόδρομο ως την ουσία για την κωδικοποίηση των αναμνήσεων.
Τα μέλη της ομάδας, με επικεφαλής τους Δρ. Ο Dong Song από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια και ο Robert Hampson στο Wake Forest School of Medicine, δεν είναι ξένοι στα προσθετικά μνήμης. Με τον «βιομηχανικό μνήμης» τον Δρ. Theodore Berger—ο οποίος εργάστηκε για την πειρατεία του κυκλώματος CA3-CA1 για βελτίωση της μνήμης για περισσότερες από τρεις δεκαετίες—η ομάδα των ονείρων είχε την πρώτη της επιτυχία στους ανθρώπους το 2015.
Η κεντρική ιδέα είναι απλή: αντιγράψτε τα σήματα του ιππόκαμπου με μια ψηφιακή αντικατάσταση. Δεν είναι εύκολη δουλειά. Σε αντίθεση με τα κυκλώματα υπολογιστών, τα νευρωνικά κυκλώματα είναι μη γραμμικά. Αυτό σημαίνει ότι τα σήματα είναι συχνά εξαιρετικά θορυβώδη και αλληλοεπικαλύπτονται χρονικά, γεγονός που ενισχύει —ή αναστέλλει— τα νευρικά σήματα. Όπως είπε τότε ο Μπέργκερ: «Είναι ένα χαοτικό μαύρο κουτί».
Για να σπάσει τον κώδικα μνήμης, η ομάδα επεξεργάστηκε δύο αλγόριθμους. Το πρώτο, που ονομάζεται μοντέλο αποκωδικοποίησης μνήμης (MDM), παίρνει έναν μέσο όρο των ηλεκτρικών μοτίβων σε πολλά άτομα καθώς σχηματίζουν μνήμες. Το άλλο, που ονομάζεται multi-input, multi-output (MIMO), είναι λίγο πιο εξελιγμένο, καθώς ενσωματώνει ηλεκτρικά μοτίβα τόσο εισόδου όσο και εξόδου—δηλαδή το κύκλωμα CA3-CA1—και μιμείται αυτά τα σήματα τόσο στο χώρο όσο και στο χρονισμό. Θεωρητικά, η παλμική ώθηση και των δύο ηλεκτρικών σημάτων με βάση το MDM και το MIMO πίσω στον ιππόκαμπο θα πρέπει να του δώσει ώθηση.
Σε μια σειρά πειραμάτων, πρώτο σε αρουραίους και πιθήκους, στη συνέχεια στο υγιείς ανθρώπους, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα προσθετικά μνήμης τους θα μπορούσαν να βελτιώσουν τη μνήμη όταν τα νευρικά κυκλώματα διαταράσσονταν προσωρινά, όπως με φάρμακα. Αλλά η παράκαμψη των τραυματισμένων κυκλωμάτων δεν είναι αρκετή - αυτό που ήθελαν ήταν ένα αληθινό προσθετικό μνήμης που θα μπορούσε αντικαθιστώ ο ιππόκαμπος εάν καταστραφεί.
Ένα ολόκληρο νέο κόσμο
Η νέα μελέτη επωφελήθηκε από έναν πολύτιμο πόρο της νευροεπιστήμης: άτομα με επιληψία που έχουν εμφυτευμένα ηλεκτρόδια σε περιοχές του εγκεφάλου τους που σχετίζονται με τη μνήμη. Τα εμφυτεύματα, βαθιά μέσα στον εγκέφαλο, βοηθούν τους νευροχειρουργούς να εντοπίσουν την πηγή των επιληπτικών κρίσεων των ανθρώπων. Μεταξύ των 25 συμμετεχόντων που επιλέχθηκαν, ορισμένοι δεν εμφάνισαν άλλα συμπτώματα εκτός από επιληψία, ενώ άλλοι είχαν ήπιες έως μέτριες εγκεφαλικές κακώσεις.
Εδώ είναι το τεστ. Στους συμμετέχοντες εμφανίστηκε μια εικόνα σε μια οθόνη και μετά από μια καθυστέρηση, τους εμφανίστηκε η ίδια εικόνα με έως και επτά διαφορετικές εναλλακτικές. Στόχος τους ήταν να ξεχωρίσουν τη γνώριμη εικόνα. Κάθε συμμετέχων έκανε γρήγορα 100-150 δοκιμές, κατά τις οποίες η δραστηριότητα του ιππόκαμπου καταγράφηκε για να καταγράψει τη βραχυπρόθεσμη μνήμη του.
Μετά από τουλάχιστον 15 λεπτά, έδειξαν στους συμμετέχοντες 3 εικόνες και τους ζητήθηκε να κατατάξουν την οικειότητα του καθενός. Είναι ένα δύσκολο έργο: το ένα ήταν ένα δείγμα εικόνας από τη δοκιμή, το άλλο μια εναλλακτική που φαινόταν γνωστή και μια που δεν είχε ξαναδεί. Αυτό είχε σκοπό να συλλάβει τη μακροπρόθεσμη μνήμη τους.
Φλας προς τα εμπρός. Μια μέρα μεταξύ της αφαίρεσης των ηλεκτροδίων, οι συμμετέχοντες υποβλήθηκαν σε άλλον έναν γύρο δοκιμών μνήμης, παρόμοιοι με τους προηγούμενους. Μερικοί άνθρωποι έλαβαν ηλεκτρική διέγερση με βάση τα δικά τους νευρικά σήματα, τα οποία επεξεργάζονται είτε από τον αλγόριθμο MDM είτε από τον αλγόριθμο MIMO. Άλλοι υποβλήθηκαν σε ζάπινγκ με τυχαίους παλμούς. Η τελευταία ομάδα δεν έλαβε καθόλου διέγερση.
Συνολικά, η τόνωση του εγκεφάλου των ατόμων με επιληψία αύξησε την απόδοση της μνήμης κατά περίπου 15 τοις εκατό. Εκείνοι που έπαιρναν παλμό με MDM - το οποίο χρησιμοποιεί τα ηλεκτρικά σήματα κατά μέσο όρο - είχαν μια πενιχρή ώθηση 13.8 τοις εκατό. Αντίθετα, το μοντέλο MIMO, το οποίο μιμείται τα νευρικά σήματα κάθε ιππόκαμπου, έκανε την απόδοσή τους να βελτιωθεί κατά 36 τοις εκατό.
"Ανεξάρτητα από τη βασική λειτουργία μνήμης (μειωμένη έναντι κανονικής), το μοντέλο MIMO παράγει τουλάχιστον διπλάσια διευκόλυνση σε σύγκριση με το μοντέλο MDM", είπε η ομάδα.
Το Long Road Ahead
Αν και πολλά υποσχόμενη, η μελέτη είναι απλώς το επόμενο μικρό βήμα προς μια προσθετική ιππόκαμπου. Επειδή στους συμμετέχοντες αφαιρέθηκαν τα ηλεκτρόδια τους μετά το δεύτερο τεστ, δεν γνωρίζουμε αν —ούτε για πόσο καιρό— κράτησαν τα αποτελέσματα ή εάν απαιτείται συνεχής διέγερση.
Ενώ ένα προσθετικό μνήμης θα μπορούσε να ωφελήσει άτομα με Αλτσχάιμερ, πολλές περισσότερες λεπτομέρειες πρέπει να εξεταστούν. Η ρύθμιση του ηλεκτροδίου εδώ είναι σχετικά ακατέργαστη - θα ήταν δυνατή μια μικροσυστοιχία ή μια μη επεμβατική συσκευή; Εάν ναι, πρέπει η συσκευή να είναι ενεργοποιημένη 24/7; Εξάλλου, δεν θυμόμαστε όλες τις αναμνήσεις μας - υπάρχει ένα είδος συναπτικής «κάθαρσης» που πιστεύεται ότι συμβαίνει κατά τη διάρκεια του ύπνου.
Προς το παρόν, η τεχνολογία απέχει πολύ από το να είναι έτοιμη για κλινική χρήση. Αλλά είναι μια ματιά του τι θα μπορούσε να είναι. Τουλάχιστον η μελέτη δείχνει ότι, παρόμοιο με ένα ελεγχόμενο από τον εγκέφαλο προσθετικό άκρο, ένα τσιπ μνήμης δεν είναι αδύνατο για άτομα που το χρειάζονται περισσότερο.
