I ricordi sono schizzinosi. Ho girato il Canada atlantico nelle ultime tre settimane e già i miei ricordi del viaggio - date, luoghi, cibi, avventure - non corrispondono alle spille su Google Maps o alle voci del diario. Il mio cervello stava imparando nuove esperienze e codificando ricordi, ma non abbastanza per durare nemmeno una settimana.
La ritenzione di memoria peggiora con l'età. Per le persone con lesioni cerebrali, come un ictus o un trauma fisico al cervello, la menomazione può essere completamente debilitante. E se ci fosse un modo per aumentare artificialmente la capacità del cervello di conservare i ricordi?
L'idea suona come un Black Mirror episodio. Ma questo mese, un nuovo studio in Frontiere nella neuroscienza umana ha fornito alcune delle prime prove che una "protesi di memoria" è possibile negli esseri umani. La protesi non è un dispositivo; piuttosto, è una serie di elettrodi impiantati all'interno dell'ippocampo - una struttura sepolta nel profondo del cervello che è fondamentale per i ricordi episodici - che codifica il quando, il dove e il cosa delle nostre esperienze quotidiane.
L'impostazione si basa su una visione della memoria assolutamente non romantica. Piuttosto che le ondate di ricchi, dettagliati, ricordi emotivi che inondano i nostri cervelli, sostiene che i ricordi siano semplicemente segnali elettrici generati da un'autostrada neurale ben regolata all'interno dell'ippocampo. Se riusciamo a catturare questi segnali mentre una persona sta imparando, in teoria potremmo riprodurre le registrazioni al cervello, sotto forma di scariche elettriche, e potenzialmente potenziare quella particolare memoria.
Il team si è basato sul loro precedente lavoro di ingegneria delle protesi di memoria. Nelle persone con epilessia, hanno dimostrato che reintroducendo i segnali neurali che codificano un tipo di memoria in un'attività specifica, gli zap hanno aumentato il ricordo di oltre il 50 percento.
Lo studio ha coinvolto una piccola coorte. Ma incredibilmente, coloro che hanno sofferto di una precedente perdita di memoria hanno mostrato i migliori miglioramenti.
Per essere chiari, il team non ha sviluppato una videocamera per la memoria. Il sistema imita in parte il normale processo dell'ippocampo per la codifica e il richiamo della memoria, che può essere notoriamente soggettivo e alquanto inaffidabile. Una simile protesi di memoria potrebbe non funzionare bene nel mondo reale, dove siamo costantemente bombardati da nuove esperienze e ricordi.
Detto questo, lo studio mostra un modo per aiutare le persone con demenza, Alzheimer o altre cause di perdita di memoria a conservare frammenti delle loro vite che altrimenti potrebbero andare persi.
"È uno sguardo al futuro di ciò che potremmo essere in grado di fare per ripristinare la memoria", disse Il dottor Kim Shapiro dell'Università di Birmingham, che non è stato coinvolto nello studio, a MIT Technology Review.
Come funziona?
Tutto si riduce agli impulsi elettrici che circondano l'ippocampo e al suo interno.
Ingrandiamo. L'ippocampo, una struttura a forma di cavalluccio marino, è spesso descritto come un hub monolitico per i ricordi. Ma, inserisci l'analogia del cibo, piuttosto che un blocco di formaggio uniforme, è più simile a una salsa di formaggio a più strati, con impulsi elettrici che fluiscono attraverso diversi strati mentre codifica, conserva e richiama ricordi.
Per la protesi di memoria, il team si è concentrato su due regioni specifiche: CA1 e CA3, che formano un circuito neurale altamente interconnesso. Decenni di lavoro su roditori, primati e umani hanno indicato questa autostrada neurale come il punto cruciale per la codifica dei ricordi.
I membri del team, guidati dai dott. Dong Song della University of Southern California e Robert Hampson della Wake Forest School of Medicine, non sono estranei alle protesi della memoria. Con il "bioingegnere della memoria" il dottor Theodore Berger, che ha lavorato per dirottare il circuito CA3-CA1 per il miglioramento della memoria per oltre tre decenni, il dream team ha avuto il suo primo successo negli esseri umani nel 2015.
L'idea centrale è semplice: replicare i segnali dell'ippocampo con un sostituto digitale. Non è un compito facile. A differenza dei circuiti dei computer, i circuiti neurali non sono lineari. Ciò significa che i segnali sono spesso estremamente rumorosi e si sovrappongono nel tempo, il che rafforza o inibisce i segnali neurali. Come disse all'epoca Berger: "È una scatola nera caotica".
Per decifrare il codice della memoria, il team ha elaborato due algoritmi. Il primo, chiamato modello di decodifica della memoria (MDM), prende una media degli schemi elettrici di più persone mentre formano i ricordi. L'altro, chiamato multi-input, multi-output (MIMO), è un po' più sofisticato, poiché incorpora schemi elettrici sia di ingresso che di uscita, ovvero il circuito CA3-CA1, e imita quei segnali sia nello spazio che nel tempo. In teoria, l'impulso di entrambi i segnali elettrici basati su MDM e MIMO nell'ippocampo dovrebbe dargli una spinta.
In una serie di esperimenti, primo nei ratti ed scimmie, quindi in esseri umani sani, il team ha scoperto che le loro protesi per la memoria potrebbero migliorare la memoria quando i circuiti neurali sono stati temporaneamente interrotti, come con i farmaci. Ma bypassare i circuiti danneggiati non è abbastanza: quello che volevano era una vera protesi di memoria che potesse farlo sostituire l'ippocampo se danneggiato.
A Whole New World
Il nuovo studio ha beneficiato di una preziosa risorsa neuroscientifica: le persone con epilessia a cui sono stati impiantati elettrodi nelle regioni del cervello legate alla memoria. Gli impianti, nel profondo del cervello, aiutano i neurochirurghi a rintracciare la fonte delle convulsioni delle persone. Tra i 25 partecipanti selezionati, alcuni non presentavano sintomi diversi dall'epilessia, mentre altri presentavano lesioni cerebrali da lievi a moderate.
Ecco la prova. Ai partecipanti è stata mostrata un'immagine su uno schermo, quindi, dopo un certo ritardo, è stata mostrata loro la stessa immagine con un massimo di sette diverse alternative. Il loro obiettivo era quello di individuare l'immagine familiare. Ogni partecipante ha percorso rapidamente 100-150 prove, durante le quali è stata registrata la loro attività ippocampale per catturare la memoria a breve termine.
Dopo almeno 15 minuti, ai partecipanti sono state mostrate 3 immagini e gli è stato chiesto di classificare la familiarità di ciascuna. È un compito difficile: uno era un'immagine campione del processo, un altro un'alternativa che sembrava familiare e uno mai visto prima. Questo aveva lo scopo di catturare la loro memoria a lungo termine.
Flash in avanti. Un giorno tra la rimozione degli elettrodi, i partecipanti sono stati sottoposti a un altro round di test di memoria simili a quelli precedenti. Alcune persone hanno ricevuto una stimolazione elettrica basata sui propri segnali neurali, elaborati dall'algoritmo MDM o MIMO. Altri sono stati colpiti da impulsi casuali. L'ultimo gruppo non ha ricevuto alcuna stimolazione.
Nel complesso, la stimolazione del cervello delle persone con epilessia ha aumentato le prestazioni della memoria di circa il 15%. Quelli pulsati con MDM, che utilizza i segnali elettrici medi, hanno avuto un misero aumento del 13.8 percento. Al contrario, il modello MIMO, che imita i segnali neurali di ciascun ippocampo, ha migliorato le loro prestazioni del 36%.
"Indipendentemente dalla funzione di memoria di base (compromessa o normale), il modello MIMO produce almeno il doppio della facilitazione rispetto al modello MDM", ha affermato il team.
La lunga strada da percorrere
Sebbene promettente, lo studio è solo il prossimo piccolo passo verso una protesi ippocampale. Poiché i partecipanti hanno rimosso gli elettrodi dopo il secondo test, non sappiamo se, né per quanto tempo, gli effetti siano durati o se sia necessaria una stimolazione continua.
Mentre una protesi di memoria potrebbe essere di beneficio alle persone con Alzheimer, molti più dettagli devono essere appianati. La configurazione degli elettrodi qui è relativamente grezza: sarebbe possibile un microarray o un dispositivo non invasivo? In tal caso, il dispositivo dovrebbe essere acceso 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX? Dopotutto, non ricordiamo tutti i nostri ricordi: c'è una sorta di "purgazione" sinaptica che si pensa avvenga durante il sonno.
Per ora, la tecnologia è lungi dall'essere pronta per l'uso clinico. Ma è un assaggio di ciò che potrebbe essere. Per lo meno lo studio mostra che, simile a un cervello controllato arto artificiale, un chip di memoria non è impossibile per le persone che ne hanno più bisogno.
