기억력 향상을 목표로 하는 신경 보철물 – Physics World

기억력 향상을 목표로 하는 신경 보철물 – Physics World

타임 스탬프 : 7 년 2024 월 5 일 오전 30시 XNUMX 분

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시각적 인식 기억 작업
이미지 리콜 작업 연구팀은 시각적 인식 기억 작업 중에 연구 참가자들에게 신경 자극을 전달하여 사람들이 이미지를 얼마나 잘 기억하는지에 대한 중요한 변화를 발견했습니다. (제공: 웨이크 포레스트 대학교 의과대학)

전자 보철 시스템은 알츠하이머병, 외상성 뇌 손상 또는 간질로 인해 기억력이 손상된 사람들이 특정 정보를 기억하도록 도울 수 있습니다. 연구진이 개발 중인 신기술 웨이크 포레스트 대학교 의과 대학 그리고 University of Southern California, 새로운 기억을 만드는 데 관여하는 뇌의 일부인 해마에서 작동합니다.

로봇 팔다리와 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스는 뇌와 외부 장치 간의 통신을 설정합니다. 해마(인간은 실제로 뇌의 각 반구에 하나씩 두 개의 해마를 가지고 있음)는 어느 정도 새로운 뉴런을 성장시킬 수 있습니다. 그러나 과학자들은 해마 손상을 복구할 방법을 찾지 못했습니다. 연구진이 개발한 신경 보철물은 해마의 전기 활동에서 파생된 모델을 사용하여 기억을 자극합니다.

“대부분의 두뇌 제어 인터페이스는 사물의 입력을 처리하는 방법을 알아내는 두뇌에 의존해 왔습니다. 우리는 두뇌가 하는 일과 일치하는 방법을 알아내기 위해 노력하고 있습니다.” 거의 10년 동안 이 프로젝트에 참여해 온 웨이크 포레스트(Wake Forest)의 연구원 브렌트 로더(Brent Roeder)는 말합니다. "우리는 기억 기능을 향상시킬 수 있는 방법이 무엇인지, 그리고 어떤 방법이 어떤 사람과 어떤 유형의 조건에 가장 적합한지 알아내고 있습니다."

인코딩 및 디코딩 메모리

2018년에 발표된 연구에서는 신경공학저널연구팀은 다중입력 다중출력 비선형 수학적 모델을 이용해 해마의 뉴런을 실시간으로 자극했다. "[그 연구에서 모델은] 당신이 무엇을 기억하려고 하는지 신경쓰지 않았습니다. 단지 해마가 더 잘 작동하도록 돕기 위한 노력뿐이었습니다."라고 Roeder는 설명합니다.

가장 최근의 연구에서 다음과 같이 보고되었습니다. 전산 신경 과학의 개척자, 연구자들은 특정 뉴런에 대한 전기적 활동을 분리한 다음 해당 정보를 사용하여 해마를 자극하여 사람들이 특정 이미지를 더 잘 기억하는 데 도움이 될 수 있는지 확인했습니다.

이 연구에는 14명의 성인이 포함되었으며, 그들 모두는 간질 진단을 받았으며 적어도 하나의 해마에 전극을 배치하는 진단 뇌 매핑 절차에 참여하고 있었습니다. 참가자에게는 시각적 지연 일치 샘플 메모리 작업에서 다양한 범주의 이미지(동물, 건물, 식물, 도구 또는 차량)가 표시되었습니다. 연구자들은 각 이미지 카테고리에 대한 해마의 일반적인 신경 활동을 식별하고 이 정보를 사용하여 수학적으로 계산된 고정된 발사 패턴을 도출했습니다. 이 발사 패턴은 시각적 인식 기억 작업 중에 해마를 자극하는 데 사용되었습니다.

“우리는 이번 연구에서 실제로 두 가지를 테스트했습니다. 첫 번째는 특정 정보를 자극할 수 있는가입니다. 두 번째는 우리가 자극하고 싶은 정보를 자극하는 데 얼마나 능숙한가였습니다.” Roeder는 말합니다. “첫 번째 질문에 대한 대답은 '예'입니다. 특정 정보를 자극할 수 있습니다. 두 번째 질문에 대한 대답은 개선의 여지가 많다는 것입니다.”

연구자들은 기억 성능의 증가와 감소를 모두 관찰했습니다. 약 22%의 경우 참가자가 이전에 보여줬던 이미지를 얼마나 잘 기억하는지에 차이가 있었습니다. 뇌 양쪽에 자극을 가했을 때 기억 기능 장애가 있는 참가자 중 거의 40%가 기억 성능에 변화를 보였습니다.

“내가 제시하는 예는 웨이터가 손가락에 쟁반을 들고 다니는 것을 본 것입니다. 트레이 전체를 지지하는 것이 아니라 트레이의 일부를 지지하는 것입니다. 하지만 트레이의 해당 부분이 트레이의 나머지 부분과 연결되어 있기 때문에 트레이 전체를 들어 올릴 수 있습니다.”라고 Roeder는 설명합니다. “우리의 기억은 연상적입니다. 우리는 모든 기억을 지원하려는 것이 아니라 모든 기억을 향상시키기 위해 신경 활동의 일부를 지원하려고 노력하고 있습니다.”

연구자들은 예상했던 것보다 이미지 범주 간에 더 많은 중복이 있었을 수 있다고 결론지었습니다(예를 들어 동물은 종종 식물 근처에서 발견됩니다). 예를 들어, 이미지 대신 색상이나 방향을 표시하여 이미지 범주를 더욱 뚜렷하게 만드는 것은 전자 보철의 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

"이제 우리는 그것이 가능하다는 것을 알았습니다. 단지 그것을 더 잘하는 것이 문제일 뿐입니다."라고 Roeder는 말합니다.

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