Az emlékek finomak. Az elmúlt három hétben bejártam az Atlanti-óceáni Kanadát, és az utazásra vonatkozó emlékeim – dátumok, helyek, ételek, kalandok – már nem egyeznek a Google Térképen vagy a naplóbejegyzésekkel. Az agyam új tapasztalatokat tanult és emlékeket kódolt – csak nem elég erősen ahhoz, hogy akár egy hétig is kitartson.
A memória megtartása az életkorral rosszabbodik. Azok az emberek, akik agysérülést szenvedtek, például szélütés vagy fizikai agyi trauma következtében, a károsodás teljesen legyengítő lehet. Mi van, ha van mód arra, hogy mesterségesen fokozzuk az agy emlékmegőrző képességét?
Az ötlet úgy hangzik, mint a Fekete tükör epizód. De ebben a hónapban egy új tanulmány in Határok az emberi idegtudományban az első bizonyítékok közül néhányat szolgáltatott arra vonatkozóan, hogy lehetséges a „memóriaprotézis” emberben. A protézis nem eszköz; inkább a hippokampuszba ültetett elektródák sorozata – egy mélyen az agyba temetett struktúra, amely kritikus fontosságú az epizodikus emlékek szempontjából –, amely kódolja a napi tapasztalatainkat, mikor, hol és mit.
A beállítás az emlékezet teljesen romantikus nézetén alapul. A gazdag, részletes, érzelmi emlékek amelyek elárasztják az agyunkat, azt állítja, hogy az emlékek egyszerűen elektromos jelek, amelyeket a hippocampuson belüli jól szabályozott idegpálya generál. Ha képesek vagyunk rögzíteni ezeket a jeleket, miközben az ember tanul, akkor elméletileg visszajátszhatjuk a felvételeket az agyba – elektromos zap formájában –, és potenciálisan javíthatjuk az adott memóriát.
A csapat korábbi memóriaprotézis-mérnöki munkáira épített. Epilepsziás embereknél kimutatták, hogy az egyik típusú memóriát kódoló idegi jelek újbóli bevezetésével egy adott feladatban a zapok több mint 50 százalékkal növelték a felidézést.
A vizsgálatban egy kis kohorsz vett részt. De hihetetlen módon azok mutatták a legjobb javulást, akik korábban memóriavesztést szenvedtek.
Az egyértelműség kedvéért a csapat nem fejlesztett ki videokamerát a memóriához. A rendszer részben utánozza a hippocampus normál memóriakódolási és felidézési folyamatát, amely köztudottan szubjektív és kissé megbízhatatlan lehet. Egy hasonló memóriaprotézis nem biztos, hogy jól működik a való világban, ahol folyamatosan új élményekkel és tapasztalatokkal bombáznak bennünket. emlékek.
Ennek ellenére a tanulmány azt mutatja be, hogyan segíthet a demenciában, Alzheimer-kórban vagy más emlékezetkiesésben szenvedőknek megőrizni életük olyan töredékeit, amelyek egyébként elveszhetnének.
"Ez egy bepillantás a jövőbe, hogy mit tehetünk az emlékezet helyreállításáért" mondott Dr. Kim Shapiro a Birminghami Egyetemről, aki nem vett részt a vizsgálatban, hogy MIT Technology Review.
Hogyan működik?
Mindez a hippokampuszt körülvevő és azon belüli elektromos impulzusokon múlik.
Nagyítsunk rá. A hippokampuszt, egy csikóhal alakú szerkezetet gyakran az emlékek monolitikus központjaként írják le. De – illessze be az élelmiszer-hasonlatot – ahelyett, hogy egy egységes sajttömb lenne, inkább egy többrétegű sajtmártáshoz hasonlít, amelyben elektromos impulzusok áramlanak át különböző rétegeken, miközben kódolja, megtartja és felidézi az emlékeket.
A memóriaprotézis esetében a csapat két konkrét régióra összpontosított: a CA1-re és a CA3-ra, amelyek erősen összekapcsolt idegi áramkört alkotnak. A rágcsálókkal, főemlősökkel és emberekkel végzett több évtizedes munka rámutat arra, hogy ez az idegrendszeri út az emlékek kódolásának kulcsa.
A csapat tagjai dr. Dong Song, a Dél-Kaliforniai Egyetem és Robert Hampson, a Wake Forest Orvostudományi Iskola munkatársa számára nem idegen a memóriaprotézis. Dr. Theodore Berger „memória-biomérnökkel” – aki több mint három évtizede dolgozott a CA3-CA1 áramkör eltérítésén a memória javítása érdekében – az álomcsapat 2015-ben érte el első sikerét az emberekben.
A központi ötlet egyszerű: reprodukálja a hippokampusz jeleit egy digitális helyettesítéssel. Nem könnyű feladat. A számítógépes áramkörökkel ellentétben az idegi áramkörök nem lineárisak. Ez azt jelenti, hogy a jelek gyakran rendkívül zajosak és időben átfedik egymást, ami erősíti vagy gátolja az idegi jeleket. Ahogy Berger annak idején mondta: „Ez egy kaotikus fekete doboz.”
A memóriakód feltöréséhez a csapat két algoritmust dolgozott ki. Az első, az úgynevezett memóriadekódoló modell (MDM), amely több ember elektromos mintáinak átlagát veszi fel, miközben emlékeket alkotnak. A másik, az úgynevezett multi-input, multi-output (MIMO) egy kicsit kifinomultabb, mivel mind a bemeneti, mind a kimeneti elektromos mintákat tartalmazza – vagyis a CA3-CA1 áramkört –, és utánozza ezeket a jeleket térben és időzítésben egyaránt. Elméletileg az MDM-en és a MIMO-n alapuló két elektromos jelnek a hippocampusba történő impulzusa lendületet ad.
Kísérletsorozatban, először a patkányoknál és a majmok, majd be egészséges emberek, a csapat úgy találta, hogy memóriaprotézisük javíthatja a memóriát, ha az idegi áramkörök átmenetileg megszakadnak, például gyógyszerek hatására. De a sérült áramkörök megkerülése nem elég – amit akartak, az egy igazi memóriaprotézis volt, amely képes cserélni a hippocampus, ha sérült.
Egy teljesen új világ
Az új tanulmány egy értékes idegtudományi forrásból profitált: az epilepsziás emberekből, akiknek elektródákat ültettek be az agyuk memóriával kapcsolatos régióiba. Az agy mélyén található implantátumok segítenek az idegsebészeknek felkutatni az emberek rohamainak forrását. A kiválasztott 25 résztvevő közül néhányan az epilepszián kívül más tüneteket sem mutattak, míg másoknak enyhe vagy közepes agysérülésük volt.
Itt a teszt. A résztvevőknek egy képet mutattak a képernyőn, majd késleltetés után ugyanazt a képet mutatták meg nekik akár hét különböző alternatívával. Az volt a céljuk, hogy kiválasszák az ismerős képet. Minden résztvevő gyorsan végighaladt 100-150 vizsgálaton, amelyek során feljegyezték hippocampális aktivitásukat, hogy rögzítsék rövid távú memóriájukat.
Legalább 15 perc elteltével a résztvevőknek 3 képet mutattak, és megkértük, hogy rangsorolják mindegyik ismerősségét. Ez egy bonyolult feladat: az egyik mintakép volt a tárgyalásról, a másik egy alternatíva, amely ismerősnek tűnt, és egy korábban soha nem látott. Ezzel a hosszú távú memóriájukat akarták megörökíteni.
Jövő emlékei. Az elektródák eltávolítása között egy napon a résztvevők az előzőekhez hasonló memóriateszteken estek át. Néhány ember saját neurális jelei alapján kapott elektromos stimulációt, amelyet MDM vagy MIMO algoritmus dolgozott fel. Másokat véletlenszerű impulzusokkal zúztak le. Az utolsó csoport egyáltalán nem kapott stimulációt.
Összességében az epilepsziás emberek agyának stimulálása nagyjából 15 százalékkal javította a memória teljesítményét. Az átlagolt elektromos jeleket használó MDM-mel pulzáltak enyhén 13.8 százalékos növekedést értek el. Ezzel szemben a MIMO modell, amely utánozza az egyes hippocampusok idegi jeleit, 36 százalékkal javította a teljesítményüket.
„A kiindulási memóriafunkciótól függetlenül (romlott vagy normál), a MIMO-modell legalább kétszer annyi könnyítést produkál, mint az MDM-modell” – mondta a csapat.
Hosszú út előttünk
Bár ígéretes, a tanulmány csak a következő kis lépés a hippocampális protézis felé. Mivel a résztvevőktől eltávolították az elektródáikat a második teszt után, nem tudjuk, hogy a hatások tartottak-e – és meddig –, vagy szükséges-e a folyamatos stimuláció.
Míg az emlékező protézis hasznos lehet az Alzheimer-kórban szenvedők számára, sok további részletet kell tisztázni. Az elektróda-beállítás itt viszonylag durva – lehetséges lenne mikromátrix vagy nem invazív eszköz? Ha igen, akkor a készüléket a hét minden napján, 24 órában be kell kapcsolni? Végül is nem emlékszünk minden emlékünkre – van egyfajta szinaptikus „tisztulás”, amelyről azt gondolják, hogy alvás közben megy végbe.
Egyelőre a technológia még korántsem áll készen a klinikai használatra. De ez egy pillantás arról, hogy mi lehet. A tanulmány legalábbis azt mutatja, hogy hasonlóan egy agykontrolloshoz végtag protézis, a memóriachip nem lehetetlen azok számára, akiknek a legnagyobb szükségük van rá.
