Muistot ovat kivoja. Olen kiertänyt Atlantin Kanadaa viimeiset kolme viikkoa, ja jo muistikuvani matkasta – päivämäärät, paikat, ruoat, seikkailut – eivät vastaa Google Mapsin nastat tai päiväkirjamerkinnät. Aivoni oppivat uusia kokemuksia ja koodasivat muistoja – eivät vain tarpeeksi vahvasti kestämään edes viikkoa.
Muistin säilyttäminen pahenee iän myötä. Ihmisille, joilla on aivovammoja, kuten aivohalvaus tai fyysinen aivovamma, heikkeneminen voi olla täysin heikentävää. Entä jos olisi keino keinotekoisesti parantaa aivojen kykyä säilyttää muistoja?
Idea kuulostaa a Musta peili episodi. Mutta tässä kuussa uusi tutkimus in Rajat ihmisen neurotieteessä esitti joitakin ensimmäisiä todisteita siitä, että "muistiproteesi" on mahdollista ihmisillä. Proteesi ei ole laite; pikemminkin se on sarja aivotursoon istutettuja elektrodeja – syvälle aivoihin haudattu rakenne, joka on kriittinen episodisille muistoille – joka koodaa milloin, missä ja mitä päivittäisistä kokemuksistamme.
Kokoonpano perustuu täysin epäromanttiseen muistikuvaan. Rikasten, yksityiskohtaisten aaltojen sijaan tunnemuistoja jotka tulvivat aivoihimme, se väittää, että muistot ovat yksinkertaisesti sähköisiä signaaleja, jotka generoidaan hyvin säädellyllä hermoväylällä hippokampuksen sisällä. Jos pystymme taltioimaan nämä signaalit, kun ihminen oppii, teoriassa voisimme toistaa tallenteet takaisin aivoihin – sähköiskujen muodossa – ja mahdollisesti tehostaa kyseistä muistia.
Tiimi rakensi aiemman muistiproteesin suunnittelutyönsä pohjalta. Epilepsiapotilailla he osoittivat, että ottamalla uudelleen käyttöön hermosignaaleja, jotka koodaavat yhden tyyppistä muistia tietyssä tehtävässä, zapsit lisäsivät muistamista yli 50 prosenttia.
Tutkimukseen osallistui pieni kohortti. Mutta uskomatonta, ne, jotka kärsivät aiemmasta muistin menetyksestä, osoittivat parhaat parannukset.
Selvyyden vuoksi tiimi ei kehittänyt videokameraa muistia varten. Järjestelmä jäljittelee osittain hippokampuksen normaalia muistin koodaus- ja palautusprosessia, joka voi olla tunnetusti subjektiivista ja jossain määrin epäluotettavaa. Samanlainen muistiproteesi ei välttämättä toimi hyvin todellisessa maailmassa, jossa meitä pommitetaan jatkuvasti uusilla kokemuksilla ja muistoja.
Tutkimus osoittaa kuitenkin tavan auttaa ihmisiä, joilla on dementia, Alzheimerin tauti tai jokin muu muistinmenetyksen syy, säilyttämään katkelmia elämästään, jotka muuten voisivat kadota.
"Se on välähdys tulevaisuuteen siitä, mitä voimme tehdä muistin palauttamiseksi." sanoi Tri Kim Shapiro Birminghamin yliopistosta, joka ei ollut mukana tutkimuksessa MIT-teknologian katsaus.
Kuinka se toimii?
Kaikki johtuu sähköpulsseista, jotka ympäröivät hippokampusta ja sen sisällä.
Lähennä. Hippokampusta, merihevosen muotoista rakennetta, kuvataan usein muistojen monoliittiseksi keskukseksi. Mutta - lisää ruokaanalogia - yhtenäisen juustopalan sijaan se on enemmän kuin monikerroksinen juustodippi, jossa sähköpulssit virtaavat eri kerrosten läpi, kun se koodaa, säilyttää ja palauttaa mieleen muistoja.
Muistiproteesin osalta ryhmä keskittyi kahteen tiettyyn alueeseen: CA1 ja CA3, jotka muodostavat erittäin yhteenkytketyn hermopiirin. Vuosikymmenten työ jyrsijöillä, kädellisillä ja ihmisillä on osoittanut tämän hermoston valtatien olevan muistojen koodauksen ydin.
Tiimin jäsenet Drs. Dong Song Etelä-Kalifornian yliopistosta ja Robert Hampson Wake Forestin lääketieteellisestä koulusta eivät ole vieraita muistiproteeseissa. "Muistin bioinsinöörin" tohtori Theodore Bergerin kanssa – joka on työskennellyt CA3-CA1-piirin kaappauksen parissa muistin parantamiseksi yli kolmen vuosikymmenen ajan – unelmatiimi saavutti ensimmäisen menestyksensä ihmisillä vuonna 2015.
Keskeinen idea on yksinkertainen: toista hippokampuksen signaalit digitaalisella korvauksella. Se ei ole helppo tehtävä. Toisin kuin tietokonepiirit, hermopiirit ovat epälineaarisia. Tämä tarkoittaa, että signaalit ovat usein erittäin meluisia ja menevät päällekkäin ajallisesti, mikä vahvistaa tai estää hermosignaaleja. Kuten Berger sanoi tuolloin: "Se on kaoottinen musta laatikko."
Muistikoodin murtamiseksi tiimi kehitti kaksi algoritmia. Ensimmäinen, nimeltään muistin dekoodausmalli (MDM), ottaa useiden ihmisten sähköisten kuvioiden keskiarvon, kun he muodostavat muistoja. Toinen, nimeltään multi-input, multi-output (MIMO), on hieman kehittyneempi, koska se sisältää sekä tulo- että lähtösähkökuvioita – eli CA3-CA1-piirin – ja jäljittelee näitä signaaleja sekä tilassa että ajoituksessa. Teoriassa molempien MDM- ja MIMO-pohjaisten sähköisten signaalien pulssimisen takaisin hippokampukseen pitäisi antaa sille vauhtia.
Kokeilusarjassa, ensin rotissa ja apinat, sitten sisään terveitä ihmisiä, tiimi havaitsi, että heidän muistiproteesinsa voisivat parantaa muistia, kun hermopiirit häiriintyvät tilapäisesti, kuten lääkkeiden takia. Mutta loukkaantuneiden piirien ohittaminen ei riitä – he halusivat todellisen muistiproteesin, joka voisi korvata hippokampus, jos se on vaurioitunut.
Whole New World
Uusi tutkimus hyötyi arvokkaasta neurotieteen resurssista: epilepsiapotilaista, joille on istutettu elektrodit aivojen muistiin liittyville alueille. Syvällä aivoissa olevat implantit auttavat neurokirurgeja jäljittämään ihmisten kohtausten lähteen. Valitun 25 osallistujan joukosta joillakin ei ollut muita oireita kuin epilepsia, kun taas toisilla oli lieviä tai kohtalaisia aivovammoja.
Tässä on testi. Osallistujille näytettiin kuva näytöllä, sitten viiveen jälkeen heille näytettiin sama kuva jopa seitsemällä eri vaihtoehdolla. Heidän tavoitteenaan oli poimia tuttu kuva. Jokainen osallistuja kävi nopeasti läpi 100-150 koetta, joiden aikana heidän aivotursotoimintansa tallennettiin lyhytaikaisen muistin vangitsemiseksi.
Vähintään 15 minuutin kuluttua osallistujille näytettiin 3 kuvaa ja pyydettiin luokittelemaan kunkin tuttuus. Se on hankala tehtävä: yksi oli esimerkkikuva kokeilusta, toinen vaihtoehto, joka vaikutti tutulta, ja yksi ei ollut koskaan aiemmin nähnyt. Tämän oli tarkoitus vangita heidän pitkäaikainen muistinsa.
Pikakelaus. Eräänä päivänä elektrodien poistamisen välillä osallistujille tehtiin toinen muistitestikierros, joka oli samanlainen kuin aiemmin. Jotkut ihmiset saivat sähköistä stimulaatiota omiin hermosignaaleihinsa perustuen joko MDM- tai MIMO-algoritmilla. Toiset saivat satunnaisia pulsseja. Viimeinen ryhmä ei saanut stimulaatiota ollenkaan.
Kaiken kaikkiaan epilepsiaa sairastavien ihmisten aivojen stimulointi paransi muistin suorituskykyä noin 15 prosenttia. Niissä, joissa on pulssi MDM:llä, joka käyttää keskiarvotettuja sähköisiä signaaleja, oli niukasti 13.8 prosenttia. Sitä vastoin MIMO-malli, joka matkii jokaisen hippokampuksen hermosignaaleja, paransi niiden suorituskykyä 36 prosenttia.
"Riippumatta perusmuistin toiminnasta (heikentynyt vs. normaali), MIMO-malli tuottaa vähintään kaksinkertaisen helpotuksen verrattuna MDM-malliin", tiimi sanoi.
Pitkä tie edessä
Vaikka tutkimus on lupaava, se on vain seuraava pieni askel kohti aivotursoproteesia. Koska osallistujilta poistettiin elektrodit toisen testin jälkeen, emme tiedä, kestivätkö vaikutukset – emmekä kuinka kauan – vai onko jatkuva stimulaatio tarpeen.
Vaikka muistiproteesista voisi olla hyötyä Alzheimerin tautia sairastaville ihmisille, paljon enemmän yksityiskohtia on selvitettävä. Elektrodiasetus on suhteellisen karkea – olisiko mikrosiru tai ei-invasiivinen laite mahdollinen? Jos näin on, pitäisikö laitteen olla päällä 24/7? Loppujen lopuksi emme muista kaikkia muistojamme – unen aikana tapahtuu eräänlainen synaptinen "puhdistus".
Toistaiseksi tekniikka ei ole läheskään valmis kliiniseen käyttöön. Mutta se on välähdys siitä, mitä voisi olla. Ainakin tutkimus osoittaa, että samanlainen kuin aivohallinnassa proteettinen raaja, muistisiru ei ole mahdoton ihmisille, jotka tarvitsevat sitä eniten.
