Neurale prothese heeft tot doel het geheugen te vergroten – Physics World

Neurale prothese heeft tot doel het geheugen te vergroten – Physics World

Tijdstempel: 7 maart 2024 5:30 uur

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/neural-prosthetic-aims-to-boost-memory-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/neural-prosthetic-aims-to-boost-memory-physics-world-2.jpg" data-caption="Taak voor het herinneren van afbeeldingen Het onderzoeksteam leverde neurostimulatie aan de studiedeelnemers tijdens visuele herkenningsgeheugentaken, waarbij significante veranderingen werden gevonden in hoe goed mensen zich beelden herinnerden. (Met dank aan: Wake Forest University School of Medicine)”>
Visuele herkenning geheugentaken
Taak voor het herinneren van afbeeldingen Het onderzoeksteam leverde neurostimulatie aan de studiedeelnemers tijdens visuele herkenningsgeheugentaken, waarbij significante veranderingen werden gevonden in hoe goed mensen zich beelden herinnerden. (Met dank aan: Wake Forest University School of Medicine)

Een elektronisch prothesesysteem zou mensen met een geheugenstoornis – als gevolg van de ziekte van Alzheimer, traumatisch hersenletsel of epilepsie – kunnen helpen specifieke informatie te onthouden. De nieuwe technologie, ontwikkeld door onderzoekers van Wake Forest University School of Medicine en University of Southern California, werkt op de hippocampus, een deel van de hersenen dat betrokken is bij het maken van nieuwe herinneringen.

Brein-computerinterfaces, zoals robotachtige ledematen, brengen communicatie tot stand tussen de hersenen en een extern apparaat. De hippocampus (mensen hebben eigenlijk twee hippocampi, één in elke hersenhelft) kan tot op zekere hoogte nieuwe neuronen laten groeien. Maar wetenschappers hebben geen manier gevonden om schade aan de hippocampus te herstellen. De door de onderzoekers ontwikkelde neurale prothese maakt gebruik van modellen die zijn afgeleid van de elektrische activiteit van de hippocampus om het terugroepen te stimuleren.

“De meeste interfaces voor hersenbesturing vertrouwen erop dat de hersenen uitzoeken hoe ze met de input van dingen moeten omgaan. We werken eraan om erachter te komen hoe we kunnen matchen met wat de hersenen doen”, zegt Brent Roeder, een onderzoeker bij Wake Forest die al bijna tien jaar aan het project werkt. "We zijn aan het uitzoeken wat de mogelijke manieren zijn om de geheugenfunctie te verbeteren, en welke manieren het beste werken voor welke mensen en welk soort omstandigheden?"

Coderen en decoderen van geheugen

In een studie gepubliceerd in 2018 in de Tijdschrift voor neurale engineeringstimuleerde het team neuronen in de hippocampus in realtime met behulp van een multi-input multi-output niet-lineair wiskundig model. "[In dat onderzoek maakte het model] het niet uit wat je probeerde te onthouden... het probeerde alleen maar je hippocampus te helpen beter te werken", legt Roeder uit.

In hun meest recente werk, gerapporteerd in Grenzen in computationele neurowetenschappenisoleerden de onderzoekers de elektrische activiteit van specifieke neuronen en gebruikten die informatie vervolgens om de hippocampus te stimuleren om te zien of mensen daardoor specifieke beelden beter konden onthouden.

De studie omvatte 14 volwassenen – die allemaal de diagnose epilepsie hadden en deelnamen aan een diagnostische procedure voor het in kaart brengen van de hersenen, waarbij elektroden in ten minste één hippocampus werden geplaatst. De deelnemers kregen verschillende categorieën afbeeldingen te zien (dier, gebouw, plant, gereedschap of voertuig) in een visueel vertraagde match-to-sample geheugentaak. De onderzoekers identificeerden voor elke beeldcategorie de gemeenschappelijke neurale activiteit in de hippocampus en gebruikten deze informatie om een ​​wiskundig berekend, vast schietpatroon af te leiden. Dit schietpatroon werd vervolgens gebruikt om de hippocampus te stimuleren tijdens een geheugentaak met visuele herkenning.

“We hebben in dit onderzoek eigenlijk twee dingen getest. De eerste is: kunt u stimuleren tot specifieke informatie? En de tweede was: hoe goed zijn we in het stimuleren van de informatie die we willen stimuleren?” zegt Roeder. “Het antwoord op de eerste vraag is dus ja, je kunt stimuleren voor specifieke informatie. Het antwoord op de tweede vraag is: er is veel ruimte voor verbetering.”

De onderzoekers observeerden zowel stijgingen als dalingen in de geheugenprestaties. In ongeveer 22% van de gevallen was er een verschil in hoe goed de deelnemers zich beelden herinnerden die ze eerder hadden getoond. Wanneer aan beide kanten van de hersenen stimulatie werd toegediend, vertoonde bijna 40% van de deelnemers met een verminderde geheugenfunctie veranderingen in de geheugenprestaties.

'Het voorbeeld dat ik geef is: je hebt een ober een dienblad op zijn vingers zien dragen. Ze ondersteunen niet de hele lade, maar een deel van de lade. Maar omdat die delen van de tray verbonden zijn met de rest van de tray, tillen ze de hele tray omhoog”, legt Roeder uit. “Ons geheugen is associatief. We proberen niet het hele geheugen te ondersteunen – we proberen een deel van de neurale activiteit te ondersteunen om het hele geheugen te versterken.”

De onderzoekers concluderen dat er mogelijk meer overlap tussen beeldcategorieën is geweest dan ze hadden verwacht (dieren worden bijvoorbeeld vaak in de buurt van planten aangetroffen). Door afbeeldingscategorieën duidelijker te maken, bijvoorbeeld door kleuren of richtingen weer te geven in plaats van afbeeldingen, kunnen de prestaties van de elektronische prothese worden verbeterd.

"Nu we weten dat het mogelijk is... is het gewoon een kwestie van er beter in worden", zegt Roeder.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld