ความทรงจำนั้นจู้จี้จุกจิก ฉันไปเที่ยวที่แอตแลนติกแคนาดาในช่วงสามสัปดาห์ที่ผ่านมา และความทรงจำเกี่ยวกับการเดินทางของฉัน—วันที่ สถานที่ อาหาร การผจญภัย—ไม่ตรงกับหมุดบน Google Maps หรือรายการบันทึกประจำวัน สมองของฉันกำลังเรียนรู้ประสบการณ์ใหม่ๆ และเข้ารหัสความทรงจำ ซึ่งไม่แข็งแรงพอที่จะอยู่ได้แม้แต่สัปดาห์เดียว
การเก็บรักษาความจำจะแย่ลงตามอายุ สำหรับผู้ที่ได้รับบาดเจ็บที่สมอง เช่น จากโรคหลอดเลือดสมองหรือการบาดเจ็บทางร่างกายที่สมอง ความบกพร่องนี้อาจทำให้ร่างกายอ่อนแอลงอย่างมาก จะเกิดอะไรขึ้นหากมีวิธีเพิ่มความสามารถของสมองในการเก็บความทรงจำ
ความคิดดูเหมือนก กระจกสีดำ ตอน. แต่เดือนนี้ การศึกษาใหม่ in ชายแดนในด้านประสาทวิทยาของมนุษย์ ได้ให้หลักฐานชิ้นแรกว่า "อวัยวะเทียมสำหรับความจำ" นั้นเป็นไปได้ในมนุษย์ ขาเทียมไม่ใช่อุปกรณ์ แต่เป็นชุดของอิเล็กโทรดที่ฝังอยู่ภายในสมองส่วนฮิปโปแคมปัส ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ฝังลึกอยู่ในสมองซึ่งมีความสำคัญต่อความทรงจำที่เป็นเหตุการณ์ต่างๆ ซึ่งจะเข้ารหัสประสบการณ์ประจำวันของเราเมื่อใด ที่ไหน และอย่างไร
การตั้งค่าขึ้นอยู่กับมุมมองหน่วยความจำที่ไม่โรแมนติกอย่างสิ้นเชิง แทนที่จะเป็นคลื่นแห่งความร่ำรวย ละเอียดลออ ความทรงจำทางอารมณ์ ที่ทำให้สมองของเราท่วมท้น ความทรงจำเป็นเพียงสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยทางหลวงประสาทที่ได้รับการควบคุมอย่างดีภายในฮิบโปแคมปัส หากเราสามารถจับสัญญาณเหล่านี้ได้ในขณะที่คนๆ หนึ่งกำลังเรียนรู้ ในทางทฤษฎีแล้ว เราก็สามารถเล่นสิ่งที่บันทึกนั้นกลับไปยังสมองได้ ในรูปแบบของไฟฟ้า zaps และอาจเพิ่มหน่วยความจำเฉพาะนั้น
ทีมงานได้ต่อยอดจากงานวิศวกรรมขาเทียมด้านความจำก่อนหน้านี้ ในคนที่เป็นโรคลมชัก พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการนำสัญญาณประสาทที่เข้ารหัสหน่วยความจำประเภทหนึ่งมาใช้ใหม่อีกครั้งในงานเฉพาะ zaps ช่วยเพิ่มการเรียกคืนได้มากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์
การศึกษาเกี่ยวข้องกับกลุ่มเล็ก ๆ แต่ไม่น่าเชื่อว่าผู้ที่สูญเสียความทรงจำก่อนหน้านี้มีพัฒนาการที่ดีที่สุด
เพื่อความชัดเจน ทีมงานไม่ได้พัฒนากล้องวิดีโอสำหรับหน่วยความจำ ระบบบางส่วนเลียนแบบกระบวนการปกติของฮิปโปแคมปัสสำหรับการเข้ารหัสและเรียกคืนหน่วยความจำ ซึ่งอาจเป็นเรื่องส่วนตัวและค่อนข้างไม่น่าเชื่อถือ อวัยวะเทียมช่วยจำที่คล้ายกันอาจใช้งานไม่ได้ในโลกแห่งความเป็นจริง ซึ่งเราถูกกระหน่ำด้วยประสบการณ์ใหม่ๆ และ ความทรงจำ.
ที่กล่าวว่า การศึกษาแสดงให้เห็นวิธีที่จะช่วยให้ผู้ที่มีภาวะสมองเสื่อม อัลไซเมอร์ หรือสาเหตุอื่นๆ ของการสูญเสียความทรงจำ สามารถเก็บตัวอย่างของชีวิตที่อาจสูญหายได้
“เป็นการมองไปในอนาคตของสิ่งที่เราอาจทำได้เพื่อฟื้นความทรงจำ” กล่าวว่า ดร. คิม ชาปิโร แห่งมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ จากเอ็มไอทีเทคโนโลยี.
มันทำงานอย่างไร?
ทุกอย่างลงมาที่คลื่นไฟฟ้ารอบฮิปโปแคมปัสและภายในนั้น
ลองซูมดู ฮิปโปแคมปัสซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีรูปร่างเหมือนม้าน้ำมักถูกอธิบายว่าเป็นศูนย์รวมความทรงจำขนาดใหญ่ แต่—ใส่ความคล้ายคลึงของอาหาร—แทนที่จะเป็นก้อนชีสที่เหมือนกัน มันเหมือนกับการจุ่มชีสหลายชั้นมากกว่า โดยมีคลื่นไฟฟ้าไหลผ่านชั้นต่างๆ ขณะที่มันเข้ารหัส เก็บรักษา และเรียกคืนความทรงจำ
สำหรับขาเทียมของหน่วยความจำ ทีมงานมุ่งเน้นไปที่สองบริเวณ: CA1 และ CA3 ซึ่งเป็นวงจรประสาทที่เชื่อมต่อถึงกันอย่างมาก ทศวรรษของการทำงานในสัตว์ฟันแทะ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และมนุษย์ได้ชี้ให้เห็นว่าทางหลวงประสาทนี้เป็นหัวใจสำคัญของการเข้ารหัสความทรงจำ
ทีมงานนำโดย ดร. Dong Song จาก University of Southern California และ Robert Hampson จาก Wake Forest School of Medicine ไม่ใช่คนแปลกหน้าสำหรับขาเทียมสำหรับความจำ ด้วย “วิศวกรชีวภาพด้านหน่วยความจำ” ดร. ธีโอดอร์ เบอร์เกอร์ ซึ่งทำงานเกี่ยวกับการจี้วงจร CA3-CA1 เพื่อปรับปรุงหน่วยความจำมานานกว่าสามทศวรรษ ทีมในฝันประสบความสำเร็จครั้งแรกในมนุษย์ในปี 2015
แนวคิดหลักนั้นเรียบง่าย: ทำซ้ำสัญญาณของฮิปโปแคมปัสด้วยการแทนที่แบบดิจิทัล มันไม่ง่ายเลย วงจรประสาทไม่เหมือนกับวงจรคอมพิวเตอร์ตรงที่ไม่เป็นเส้นตรง ซึ่งหมายความว่าสัญญาณมักจะมีเสียงดังมากและเหลื่อมกันในเวลา ซึ่งช่วยเสริมหรือยับยั้งสัญญาณประสาท ดังที่เบอร์เกอร์กล่าวไว้ในตอนนั้นว่า “มันเป็นกล่องดำที่วุ่นวาย”
ในการถอดรหัสรหัสหน่วยความจำ ทีมงานใช้สองอัลกอริทึม รูปแบบแรกเรียกว่า memory decoding model (MDM) ใช้ค่าเฉลี่ยของรูปแบบทางไฟฟ้าในหลายๆ คนขณะที่พวกเขาสร้างความทรงจำ อีกแบบหนึ่งเรียกว่ามัลติอินพุท มัลติเอาท์พุต (MIMO) มีความซับซ้อนกว่าเล็กน้อย เนื่องจากใช้รูปแบบทางไฟฟ้าทั้งอินพุตและเอาท์พุต ซึ่งก็คือวงจร CA3-CA1 และเลียนแบบสัญญาณเหล่านั้นทั้งในพื้นที่และเวลา ในทางทฤษฎี การส่งสัญญาณไฟฟ้าทั้งแบบอิง MDM และ MIMO กลับเข้าไปในฮิบโปแคมปัสน่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้
ในชุดการทดลอง อันดับแรกในหนู และ ลิงแล้วเข้า มนุษย์สุขภาพดีทีมงานพบว่าขาเทียมช่วยความจำสามารถพัฒนาความจำได้เมื่อวงจรประสาทหยุดชะงักชั่วคราว เช่น จากการใช้ยา แต่การเลี่ยงผ่านวงจรที่บาดเจ็บนั้นยังไม่เพียงพอ สิ่งที่พวกเขาต้องการคืออวัยวะเทียมเพื่อความทรงจำที่แท้จริงที่ทำได้ แทนที่ ฮิปโปแคมปัสหากได้รับความเสียหาย
โลกใหม่
การศึกษาครั้งใหม่นี้ได้รับประโยชน์จากทรัพยากรทางประสาทวิทยาอันมีค่า นั่นคือผู้ที่เป็นโรคลมบ้าหมูที่ฝังอิเล็กโทรดเข้าไปในสมองส่วนที่เกี่ยวข้องกับความจำ การปลูกถ่ายที่อยู่ลึกเข้าไปในสมองช่วยให้ศัลยแพทย์ระบบประสาทติดตามแหล่งที่มาของอาการชักของผู้คน ในบรรดาผู้เข้าร่วม 25 คนที่เลือก บางคนไม่แสดงอาการอื่นนอกจากโรคลมบ้าหมู ในขณะที่คนอื่นมีอาการบาดเจ็บที่สมองเล็กน้อยถึงปานกลาง
นี่คือการทดสอบ ผู้เข้าร่วมได้แสดงภาพบนหน้าจอ จากนั้นหลังจากรอสักครู่ พวกเขาได้แสดงภาพเดียวกันโดยมีทางเลือกที่แตกต่างกันมากถึงเจ็ดตัวเลือก เป้าหมายของพวกเขาคือการเลือกภาพที่คุ้นเคย ผู้เข้าร่วมแต่ละคนปั่นจักรยานอย่างรวดเร็วผ่านการทดลอง 100-150 ครั้ง ในระหว่างนั้นกิจกรรมฮิปโปแคมปัสของพวกเขาจะถูกบันทึกเพื่อบันทึกความจำระยะสั้น
หลังจากผ่านไปอย่างน้อย 15 นาที ให้ผู้เข้าร่วมแสดงภาพ 3 ภาพและขอให้จัดอันดับความคุ้นเคยของแต่ละภาพ เป็นงานที่ยุ่งยาก: ภาพหนึ่งเป็นภาพตัวอย่างจากการทดลองใช้ อีกทางเลือกหนึ่งที่ดูเหมือนคุ้นเคยและไม่เคยเห็นมาก่อน สิ่งนี้มีจุดประสงค์เพื่อบันทึกความทรงจำระยะยาวของพวกเขา
แฟลชไปข้างหน้า วันหนึ่งระหว่างการถอดอิเล็กโทรด ผู้เข้าร่วมการทดสอบหน่วยความจำอีกรอบคล้ายกับครั้งก่อน บางคนได้รับการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าตามสัญญาณประสาทของตนเอง ซึ่งประมวลผลโดยอัลกอริทึม MDM หรือ MIMO คนอื่นถูกโจมตีด้วยการเต้นแบบสุ่ม กลุ่มสุดท้ายไม่ได้รับการกระตุ้นเลย
โดยรวมแล้ว การกระตุ้นสมองของผู้ที่เป็นโรคลมชักช่วยเพิ่มประสิทธิภาพความจำได้ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ การพัลส์ด้วย MDM—ซึ่งใช้สัญญาณไฟฟ้าเฉลี่ย—มีการเพิ่มอย่างเลวทรามถึง 13.8 เปอร์เซ็นต์ ในทางตรงกันข้าม โมเดล MIMO ซึ่งเลียนแบบสัญญาณประสาทของฮิปโปแคมปีแต่ละตัว ทำให้ประสิทธิภาพของพวกมันดีขึ้นถึง 36 เปอร์เซ็นต์
“โดยไม่คำนึงถึงฟังก์ชันหน่วยความจำพื้นฐาน (บกพร่องหรือปกติ) รุ่น MIMO ก่อให้เกิดการอำนวยความสะดวกอย่างน้อยสองเท่าเมื่อเทียบกับรุ่น MDM” ทีมงานกล่าว
ถนนยาวข้างหน้า
ในขณะที่มีแนวโน้มดี การศึกษานี้เป็นเพียงก้าวเล็กๆ ถัดไปสู่อวัยวะเทียมของฮิปโปแคมปัส เนื่องจากผู้เข้าร่วมได้ถอดอิเล็กโทรดออกหลังจากการทดสอบครั้งที่สอง เราจึงไม่ทราบว่าผลกระทบจะคงอยู่หรือนานเพียงใด หรือจำเป็นต้องกระตุ้นอย่างต่อเนื่องหรือไม่
แม้ว่าอวัยวะเทียมช่วยความจำจะเป็นประโยชน์ต่อผู้ที่เป็นโรคอัลไซเมอร์ แต่รายละเอียดอื่นๆ อีกมากจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุง การตั้งค่าอิเล็กโทรดที่นี่ค่อนข้างหยาบ—จะใช้ microarray หรืออุปกรณ์ที่ไม่รุกรานได้หรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้นควรเปิดอุปกรณ์ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันหรือไม่? ท้ายที่สุดแล้ว เราไม่ได้จำความทรงจำทั้งหมดของเรา—มีการ "ล้างข้อมูล" แบบซินแนปติกที่คิดว่าจะเกิดขึ้นระหว่างการนอนหลับ
สำหรับตอนนี้ เทคโนโลยียังห่างไกลจากความพร้อมสำหรับการใช้งานทางคลินิก แต่มันเป็นเหลือบของสิ่งที่เป็นไปได้ อย่างน้อยที่สุดการศึกษาแสดงให้เห็นว่าคล้ายกับสมองที่ควบคุม ขาเทียมชิปหน่วยความจำไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้สำหรับผู้ที่ต้องการมันมากที่สุด
