思い出は厄介です。 私は過去 XNUMX 週間にわたってカナダ大西洋岸を旅行してきましたが、すでに旅行の記憶 (日付、場所、食べ物、冒険) が、Google マップのピンや日記のエントリと一致しません。 私の脳は新しい経験を学習し、記憶をコード化していました。
年齢とともに記憶力が低下します。 脳卒中や脳への物理的外傷などの脳損傷を負った人々にとって、障害は完全に衰弱させる可能性があります. 記憶を保持する脳の能力を人為的に高める方法があるとしたら?
アイデアは ブラックミラー エピソード. でも今月は、 新しい研究 in 人間の神経科学のフロンティア 「記憶補綴物」が人間で可能であるという最初の証拠のいくつかを提供しました。 プロテーゼはデバイスではありません。 むしろ、それは海馬の内部に埋め込まれた一連の電極であり、エピソード記憶にとって重要な脳の奥深くに埋め込まれた構造であり、私たちの日常の経験のいつ、どこで、何をコード化しています。
このセットアップは、まったくロマンチックではない記憶の見方に依存しています。 豊かで緻密な波よりも、 感動的な思い出 それが私たちの脳にあふれていることを考えると、記憶は海馬内の適切に調整された神経ハイウェイによって生成される単なる電気信号であると考えられています. 人が学習している間にこれらの信号を捉えることができれば、理論的には、記録を電気的なザップの形で脳に再生し、その特定の記憶を強化できる可能性があります。
チームは、メモリ人工装具のエンジニアリングに関する以前の作業を基に構築しました。 てんかん患者では、特定のタスクで 50 つのタイプの記憶をエンコードする神経信号を再導入することで、ザップが XNUMX% 以上も記憶力を高めることを示しました。
この研究には小さなコホートが含まれていました。 しかし、信じられないことに、以前に記憶喪失に苦しんでいた人々は、最高の改善を示しました.
明確にするために言うと、チームは記憶用のビデオカメラを開発していません。 このシステムは、記憶の符号化と想起に関する海馬の通常のプロセスを部分的に模倣していますが、これは主観的で信頼性が低いことで知られています。 同様の記憶補綴物は、私たちが常に新しい経験と刺激にさらされている現実の世界ではうまく機能しない可能性があります。 思い出.
とはいえ、この研究は、認知症、アルツハイマー病、またはその他の記憶喪失の原因を持つ人々が、そうでなければ失われる可能性のある生活の断片を保持するのに役立つ方法を示しています.
「これは、記憶を回復するために私たちができることの未来を垣間見るものです。」 と 研究に関与していないバーミンガム大学のキム・シャピロ博士は、 MITテクノロジーレビュー.
それはどのように動作しますか？
それはすべて、海馬の周囲とその内部の電気パルスに帰着します.
拡大してみましょう。タツノオトシゴの形をした構造体である海馬は、記憶のモノリシック ハブとして説明されることがよくあります。 しかし、食品の類推を挿入すると、チーズの均一なブロックというよりは、多層のチーズ ディップに似ており、電気パルスがさまざまな層を流れて、記憶がエンコード、保持、および想起されます。
記憶補綴物のために、チームは、高度に相互接続された神経回路を形成する CA1 と CA3 という XNUMX つの特定の領域に注目しました。 齧歯類、霊長類、およびヒトでの数十年にわたる研究により、この神経幹線道路が記憶を符号化するための核心であることが指摘されてきました。
博士が率いるチームメンバー。 南カリフォルニア大学の Dong Song と Wake Forest School of Medicine の Robert Hampson は、記憶人工装具をよく知っています。 3 年以上にわたって記憶改善のために CA1-CA2015 回路の乗っ取りに取り組んできた「記憶生物工学者」セオドア バーガー博士とともに、ドリーム チームは XNUMX 年に人間での最初の成功を収めました。
中心となるアイデアは単純です。海馬の信号をデジタル置換で複製します。 簡単なことではありません。 コンピューター回路とは異なり、神経回路は非線形です。 これは、信号がしばしば非常にノイズが多く、時間的に重なり合うことを意味し、神経信号を強化または抑制します。 バーガーが当時言ったように、「それは混沌としたブラックボックスです。」
メモリ コードをクラックするために、チームは 3 つのアルゴリズムを考え出しました。 1 つ目は、記憶解読モデル (MDM) と呼ばれ、複数の人が記憶を形成する際の電気的パターンの平均を取ります。 多入力多出力 (MIMO) と呼ばれるもう XNUMX つは、入力と出力の両方の電気パターン (CAXNUMX-CAXNUMX 回路) を組み込み、空間とタイミングの両方でこれらの信号を模倣するため、もう少し洗練されています。 理論的には、MDM と MIMO に基づく両方の電気信号を海馬に戻すことで、海馬を後押しするはずです。
一連の実験では、 ラットで初めて & サル、次に 健康な人間、チームは、彼らの記憶補綴物が、薬物などで神経回路が一時的に中断されたときに記憶を改善できることを発見しました. しかし、損傷した回路をバイパスするだけでは十分ではありません。 replace 海馬が損傷した場合。
ホール·ニュー·ワールド
新しい研究は、脳の記憶関連領域に電極が埋め込まれたてんかん患者という貴重な神経科学リソースから恩恵を受けました。 脳の奥深くに埋め込まれたインプラントは、脳神経外科医が人々の発作の原因を突き止めるのに役立ちます。 選択された25人の参加者のうち、てんかん以外の症状を示さない人もいれば、軽度から中等度の脳損傷を負った人もいました.
これがテストです。 参加者には画面に画像が表示され、しばらくして同じ画像と最大 100 つの異なる選択肢が表示されました。 彼らの目標は、見慣れたイメージを選択することでした。 各参加者は 150 ～ XNUMX 回の試行を迅速に繰り返し、その間に海馬の活動を記録して短期記憶を記録しました。
少なくとも 15 分後、参加者は 3 つの画像を見せられ、それぞれの親しみやすさをランク付けするよう求められました。 これはトリッキーな作業です。XNUMX つはトライアルのサンプル画像、もう XNUMX つはおなじみの代替画像、そしてこれまでに見たことのない代替画像です。 これは、彼らの長期記憶をキャプチャすることを目的としていました。
フラッシュフォワード。 電極を取り外す間のある日、参加者は以前のものと同様の別の記憶テストを受けました。 一部の人々は、MDM または MIMO アルゴリズムのいずれかによって処理された、自分自身の神経信号に基づいて電気刺激を受けました。 他の人はランダムパルスでザッピングされました。 最後のグループはまったく刺激を受けませんでした。
全体として、てんかん患者の脳を刺激すると、記憶力が約 15% 向上しました。 平均化された電気信号を使用する MDM でパルスされたものは、わずか 13.8% のブーストがありました。 対照的に、各海馬の神経信号を模倣する MIMO モデルでは、パフォーマンスが 36% 向上しました。
「ベースラインの記憶機能 (障害対正常) に関係なく、MIMO モデルは MDM モデルと比較して少なくとも XNUMX 倍の促進を生み出します」とチームは述べています。
長い道のり
有望ではありますが、この研究は海馬人工装具に向けた次の小さなステップに過ぎません。 参加者は XNUMX 回目のテストの後に電極を取り外していたため、効果が持続したかどうか、またどのくらい持続したか、または継続的な刺激が必要かどうかはわかりません。
記憶補綴物はアルツハイマー病患者に利益をもたらす可能性がありますが、さらに多くの詳細を解決する必要があります. ここでの電極のセットアップは比較的粗雑です。マイクロアレイや非侵襲的なデバイスは可能でしょうか? その場合、デバイスは 24 時間 7 日オンにする必要がありますか? 結局のところ、私たちはすべての記憶を覚えているわけではありません。睡眠中に起こると考えられている一種のシナプスの「浄化」があります。
今のところ、この技術は臨床使用の準備が整っているとは言えません。 しかし、それは何ができるかを垣間見ることです。 少なくともこの研究は、脳が制御するのと同じように、 義肢、メモリ チップは、それを最も必要とする人々にとって不可能ではありません。
