خاطرات سخت هستند من در سه هفته گذشته در آتلانتیک کانادا گردش کرده‌ام و در حال حاضر خاطرات من از سفر - تاریخ‌ها، مکان‌ها، غذاها، ماجراجویی‌ها - با پین‌های Google Maps یا نوشته‌های مجله مطابقت ندارد. مغز من تجربیات جدید را یاد می گرفت و خاطرات را رمزگذاری می کرد - فقط آنقدر قوی نبود که حتی یک هفته دوام بیاورد.
حفظ حافظه با افزایش سن بدتر می شود. برای افرادی که آسیب های مغزی دارند، مانند سکته مغزی یا ضربه فیزیکی به مغز، این اختلال می تواند کاملاً ناتوان کننده باشد. اگر راهی برای تقویت مصنوعی توانایی مغز برای حفظ خاطرات وجود داشت، چه؟
این ایده شبیه یک به نظر می رسد آینه سیاه قسمت. اما در این ماه، یک مطالعه جدید in مرزهای علوم انسانی انسانی برخی از اولین شواهد مبنی بر امکان "پروتز حافظه" در انسان ارائه شد. پروتز یک وسیله نیست. بلکه مجموعه ای از الکترودهای کاشته شده در هیپوکامپ است - ساختاری که در اعماق مغز دفن شده و برای خاطرات اپیزودیک حیاتی است - که زمان، مکان و چه چیزی از تجربیات روزانه ما را رمزگذاری می کند.
این راه‌اندازی بر یک دید کاملاً غیر عاشقانه از حافظه متکی است. به جای امواج غنی، با جزئیات، خاطرات احساسی بر این باور است که خاطرات فقط سیگنال های الکتریکی هستند که توسط یک بزرگراه عصبی تنظیم شده در داخل هیپوکامپ تولید می شوند. اگر بتوانیم این سیگنال‌ها را در حین یادگیری ضبط کنیم، در تئوری می‌توانیم ضبط‌ها را به مغز پخش کنیم - به شکل زاپ‌های الکتریکی - و به طور بالقوه آن حافظه خاص را تقویت کنیم.
این تیم بر اساس کار قبلی خود در زمینه مهندسی پروتز حافظه ساخته شده است. در افراد مبتلا به صرع، آنها نشان دادند که با معرفی مجدد سیگنال های عصبی که یک نوع حافظه را در یک کار خاص رمزگذاری می کنند، زاپ ها بیش از 50 درصد یادآوری را تقویت کردند.
این مطالعه شامل یک گروه کوچک بود. اما به طور باورنکردنی، کسانی که از از دست دادن حافظه قبلی رنج می بردند بهترین پیشرفت ها را نشان دادند.
برای روشن بودن، تیم یک دوربین فیلمبرداری برای حافظه ایجاد نکرد. این سیستم تا حدی از فرآیند طبیعی هیپوکامپ برای رمزگذاری و یادآوری حافظه تقلید می کند، که می تواند بسیار ذهنی و تا حدودی غیرقابل اعتماد باشد. یک پروتز حافظه مشابه ممکن است در دنیای واقعی به خوبی کار نکند، جایی که ما دائماً با تجربیات جدید بمباران می شویم و خاطرات.
گفتنی است، این مطالعه راهی را نشان می دهد که به افراد مبتلا به زوال عقل، آلزایمر یا سایر علل از دست دادن حافظه کمک می کند تا تکه هایی از زندگی خود را حفظ کنند که در غیر این صورت ممکن است از دست بروند.
"این نگاهی اجمالی به آینده است که ممکن است بتوانیم برای بازیابی حافظه انجام دهیم." گفت: دکتر کیم شاپیرو در دانشگاه بیرمنگام که در این مطالعه شرکت نداشت، به فناوری MIT را نقد کنید.
چگونه کار می کند؟
همه اینها به پالس های الکتریکی اطراف هیپوکامپ و درون آن مربوط می شود.
بیایید بزرگنمایی کنیم. هیپوکامپ، ساختاری به شکل اسب دریایی، اغلب به عنوان یک مرکز یکپارچه برای خاطرات توصیف می شود. اما - قیاس غذا را وارد کنید - به جای یک بلوک یکنواخت از پنیر، بیشتر شبیه یک غوطه ور شدن پنیر چند لایه است، با پالس های الکتریکی که در لایه های مختلف جریان دارد و خاطرات را رمزگذاری، حفظ و به یاد می آورد.
برای پروتز حافظه، تیم بر دو ناحیه خاص متمرکز شد: CA1 و CA3 که یک مدار عصبی بسیار به هم پیوسته را تشکیل می‌دهند. دهه‌ها کار روی جوندگان، نخستی‌سانان و انسان‌ها به این شاهراه عصبی به‌عنوان محوری برای رمزگذاری خاطرات اشاره کرده است.
اعضای تیم به رهبری دکتر. دونگ سونگ از دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و رابرت همپسون در دانشکده پزشکی ویک فارست، با پروتزهای حافظه بیگانه نیستند. با "مهندس زیستی حافظه" دکتر تئودور برگر - که بیش از سه دهه روی ربودن مدار CA3-CA1 برای بهبود حافظه کار کرده است - تیم رویایی اولین موفقیت خود را در انسان در سال 2015 به دست آورد.
ایده اصلی ساده است: سیگنال های هیپوکامپ را با یک جایگزین دیجیتال تکرار کنید. کار آسانی نیست برخلاف مدارهای کامپیوتری، مدارهای عصبی غیرخطی هستند. این بدان معنی است که سیگنال‌ها اغلب بسیار نویز هستند و در زمان همپوشانی دارند، که سیگنال‌های عصبی را تقویت یا مهار می‌کند. همانطور که برگر در آن زمان گفت: "این یک جعبه سیاه آشفته است."
برای شکستن کد حافظه، تیم دو الگوریتم کار کردند. مدل اول، که مدل رمزگشایی حافظه (MDM) نامیده می شود، میانگین الگوهای الکتریکی را در افراد مختلف در حین شکل گیری خاطرات می گیرد. دیگری که چند ورودی، چند خروجی (MIMO) نامیده می‌شود، کمی پیچیده‌تر است، زیرا هم الگوهای الکتریکی ورودی و هم خروجی را شامل می‌شود - یعنی مدار CA3-CA1 - و آن سیگنال‌ها را هم در فضا و هم در زمان‌بندی تقلید می‌کند. در تئوری، پالس هر دو سیگنال الکتریکی مبتنی بر MDM و MIMO به هیپوکامپ باید آن را تقویت کند.
در یک سری آزمایشات، اولین بار در موش ها و میمون ها، سپس در انسان های سالم، تیم دریافتند که پروتزهای حافظه آنها می تواند حافظه را هنگامی که مدارهای عصبی به طور موقت مختل می شود، مانند داروها، بهبود بخشد. اما دور زدن مدارهای آسیب دیده کافی نیست - چیزی که آنها می خواستند یک پروتز حافظه واقعی بود که بتواند جایگزین کردن هیپوکامپ در صورت آسیب دیدگی
یک جهان جدید
مطالعه جدید از یک منبع ارزشمند علوم اعصاب بهره برد: افراد مبتلا به صرع که الکترودهایی در مناطق مرتبط با حافظه مغزشان کاشته شده است. ایمپلنت‌ها در اعماق مغز به جراحان مغز و اعصاب کمک می‌کنند تا منبع تشنج افراد را ردیابی کنند. از بین 25 شرکت کننده انتخاب شده، برخی علائم غیر از صرع را نشان ندادند، در حالی که برخی دیگر آسیب مغزی خفیف تا متوسط داشتند.
در اینجا تست است. به شرکت کنندگان یک تصویر روی صفحه نمایش داده شد، سپس پس از تاخیر، همان تصویر با حداکثر هفت گزینه مختلف به آنها نشان داده شد. هدف آنها انتخاب تصویر آشنا بود. هر شرکت‌کننده به‌سرعت 100 تا 150 کارآزمایی را رکاب زد، که در طی آن فعالیت هیپوکامپ آنها برای ضبط حافظه کوتاه‌مدت آنها ثبت شد.
پس از حداقل 15 دقیقه، 3 تصویر به شرکت کنندگان نشان داده شد و از آنها خواسته شد میزان آشنایی هر یک را رتبه بندی کنند. این یک کار دشوار است: یکی تصویر نمونه ای از آزمایش بود، دیگری جایگزینی بود که آشنا به نظر می رسید و یکی قبلاً دیده نشده بود. این برای ضبط حافظه بلند مدت آنها بود.
فلش رو به جلو. یک روز بین برداشتن الکترودها، شرکت‌کنندگان یک دور دیگر از تست‌های حافظه مشابه آزمایش‌های قبلی را انجام دادند. برخی افراد بر اساس سیگنال‌های عصبی خودشان که توسط الگوریتم MDM یا MIMO پردازش می‌شوند، تحریک الکتریکی دریافت کردند. دیگران با پالس های تصادفی زاپینگ شدند. آخرین گروه هیچ تحریکی دریافت نکردند.
به طور کلی، تحریک مغز افراد مبتلا به صرع، عملکرد حافظه را تقریباً 15 درصد افزایش می دهد. کسانی که با MDM پالس شده بودند - که از سیگنال های الکتریکی متوسط استفاده می کنند - 13.8 درصد افزایش داشتند. در مقابل، مدل MIMO که سیگنال‌های عصبی هر هیپوکامپی را تقلید می‌کند، عملکرد آنها را 36 درصد بهبود داد.
این تیم گفت: "صرف نظر از عملکرد حافظه پایه (اختلال در مقابل نرمال)، مدل MIMO حداقل دو برابر تسهیلات را در مقایسه با مدل MDM ایجاد می کند.
راه طولانی پیش رو
اگرچه این مطالعه امیدوارکننده است، اما تنها گام کوچک بعدی به سمت پروتز هیپوکامپ است. از آنجایی که شرکت‌کنندگان پس از آزمایش دوم الکترودهایشان را برداشتند، نمی‌دانیم که آیا این اثرات - و نه برای چه مدت - ادامه داشته است یا تحریک مداوم ضروری است.
در حالی که یک پروتز حافظه می تواند برای افراد مبتلا به آلزایمر مفید باشد، جزئیات بیشتری باید در نظر گرفته شود. تنظیم الکترود در اینجا نسبتاً خام است - آیا یک ریزآرایه یا یک دستگاه غیر تهاجمی امکان پذیر است؟ اگر چنین است، آیا دستگاه باید 24/7 روشن باشد؟ از این گذشته، ما همه خاطرات خود را به خاطر نمی آوریم - نوعی "پاکسازی" سیناپسی وجود دارد که تصور می شود در طول خواب رخ می دهد.
در حال حاضر، این فناوری هنوز برای استفاده بالینی آماده نیست. اما این یک نگاه اجمالی از آنچه می تواند باشد. حداقل مطالعه نشان می دهد که، شبیه به یک مغز کنترل می شود اندام مصنوعیتراشه حافظه برای افرادی که بیشتر به آن نیاز دارند غیرممکن نیست.
