Nevral protese har som mål å øke hukommelsen – Physics World

Nevral protese har som mål å øke hukommelsen – Physics World

Tidsstempel: 7. mars 2024 5:30

<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="Bildegjenkallingsoppgave Forskerteamet leverte nevrostimulering til studiedeltakere under visuelle gjenkjenningsminneoppgaver, og fant betydelige endringer i hvor godt folk husket bilder. (Med tillatelse: Wake Forest University School of Medicine)”>
Visuell gjenkjenningsminneoppgaver
Bildegjenkallingsoppgave Forskerteamet leverte nevrostimulering til studiedeltakere under visuelle gjenkjenningsminneoppgaver, og fant betydelige endringer i hvor godt folk husket bilder. (Med tillatelse: Wake Forest University School of Medicine)

Et elektronisk protesesystem kan hjelpe personer med nedsatt hukommelse – på grunn av Alzheimers sykdom, traumatisk hjerneskade eller epilepsi – med å huske spesifikk informasjon. Den nye teknologien, som utvikles av forskere ved Wake Forest University School of Medicine og University of Southern California, jobber på hippocampus, en del av hjernen som er involvert i å lage nye minner.

Hjerne-datamaskin-grensesnitt, som robotlemmer, etablerer kommunikasjon mellom hjernen og en ekstern enhet. Hippocampus (mennesker har faktisk to hippocampi, en i hver hjernehalvdel) kan til en viss grad vokse nye nevroner. Men forskere har ikke funnet en måte å reparere skade på hippocampus. Den nevrale protesen utviklet av forskerne bruker modeller avledet fra hippocampus elektrisk aktivitet for å stimulere tilbakekalling.

"De fleste hjernekontrollgrensesnitt har vært avhengige av at hjernen har funnet ut hvordan den skal håndtere input fra ting. Vi jobber med hvordan vi skal finne ut hvordan vi kan matche hva hjernen gjør, sier Brent Roeder, en stipendiat ved Wake Forest som har jobbet med prosjektet i nesten et tiår. "Vi finner ut, hva er de mulige måtene å forbedre minnefunksjonen på, og hvilke måter fungerer best for hvilke mennesker og hvilken type forhold?"

Koding og dekoding minne

I en studie publisert i 2018 i Journal of Neural Engineering, stimulerte teamet nevroner i hippocampus i sanntid ved hjelp av en multi-input multi-output ikke-lineær matematisk modell. "[I den studien brydde modellen seg ikke om hva du prøvde å huske ... det var bare å prøve å hjelpe hippocampus til å fungere bedre," forklarer Roeder.

I deres siste arbeid, rapportert i Frontiers in Computational Neuroscience, isolerte forskerne elektrisk aktivitet til spesifikke nevroner og brukte deretter informasjonen til å stimulere hippocampus for å se om det kunne hjelpe folk å huske spesifikke bilder bedre.

Studien inkluderte 14 voksne - som alle hadde en diagnose av epilepsi og deltok i en diagnostisk hjernekartleggingsprosedyre der elektroder ble plassert i minst én hippocampus. Deltakerne ble vist ulike kategorier av bilder (dyr, bygning, anlegg, verktøy eller kjøretøy) i en visuell forsinket match-til-prøve minneoppgave. Forskerne identifiserte vanlig nevral aktivitet i hippocampus for hver bildekategori og brukte denne informasjonen til å utlede et matematisk beregnet, fast avfyringsmønster. Dette avfyringsmønsteret ble deretter brukt til å stimulere hippocampus under en minneoppgave med visuell gjenkjenning.

"Vi testet virkelig to ting i denne studien. Den første er, kan du stimulere til spesifikk informasjon? Og det andre var, hvor gode er vi til å stimulere til informasjonen vi ønsker å stimulere?» sier Roeder. «Så svaret på det første spørsmålet er ja, du kan stimulere til spesifikk informasjon. Svaret på det andre spørsmålet er, vel, det er mye rom for forbedring.»

Forskerne observerte både økning og reduksjon i minneytelse. I omtrent 22 % av tilfellene var det en forskjell i hvor godt deltakerne husket bilder de hadde blitt vist før. Når stimulering ble levert på begge sider av hjernen, viste nesten 40 % av deltakerne med nedsatt hukommelsesfunksjon endringer i hukommelsesytelsen.

«Eksemplet jeg gir er at du har sett en servitør bære et brett på fingrene. De støtter ikke hele brettet, de støtter en del av brettet. Men fordi de delene av brettet er koblet til resten av brettet, løfter de hele brettet, forklarer Roeder. "Hukommelsen vår er assosiativ. Vi prøver ikke å støtte hele hukommelsen – vi prøver å støtte en del av den nevrale aktiviteten for å øke hele hukommelsen.»

Forskerne konkluderer med at det kan ha vært mer overlapping mellom bildekategorier enn de hadde regnet med (for eksempel finnes dyr ofte i nærheten av planter). Å gjøre bildekategorier mer distinkte, for eksempel ved å vise farger eller retninger i stedet for bilder, kan bidra til å forbedre ytelsen til den elektroniske protesen.

"Nå som vi vet at det er mulig ... er det bare et spørsmål om å bli bedre på det," sier Roeder.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden