Anılar titizdir. Son üç haftadır Atlantik Kanada'yı geziyorum ve geziyle ilgili hatırladıklarım -tarihler, yerler, yiyecekler, maceralar- Google Haritalar'daki iğnelerle veya günlük girdileriyle uyuşmuyor. Beynim yeni deneyimler öğreniyor ve anıları kodluyordu - bir hafta bile dayanacak kadar güçlü değil.
Hafıza tutma yaşla birlikte daha da kötüleşir. Felç veya beyne fiziksel travma gibi beyin yaralanmaları olan kişiler için, bozulma tamamen zayıflatıcı olabilir. Ya beynin anıları tutma yeteneğini yapay olarak artırmanın bir yolu olsaydı?
Fikir bir gibi geliyor black Mirror bölüm. Ama bu ay, yeni bir çalışma in İnsan Sinirbiliminde Sınırlar insanlarda bir “bellek protezi”nin mümkün olduğuna dair ilk kanıtlardan bazılarını sağladı. Protez bir cihaz değildir; daha ziyade, hipokampüsün içine yerleştirilen bir dizi elektrottur - beynin derinliklerine gömülü ve epizodik anılar için kritik olan bir yapı - günlük deneyimlerimizin ne zaman, nerede ve ne olduğunu kodlar.
Kurulum, tamamen romantik olmayan bir bellek görünümüne dayanır. Zengin, ayrıntılı dalgalar yerine, duygusal anılar Beynimizi dolduran, anıların sadece hipokampus içindeki iyi düzenlenmiş bir sinir yolu tarafından üretilen elektrik sinyalleri olduğunu kabul eder. Bir kişi öğrenirken bu sinyalleri yakalayabilirsek, teorik olarak kayıtları beyne geri oynatabiliriz - elektrik zapları şeklinde - ve potansiyel olarak o belirli hafızayı güçlendirebiliriz.
Ekip, önceki mühendislik hafıza protezleri üzerine inşa etti. Epilepsili kişilerde, belirli bir görevde bir tür hafızayı kodlayan nöral sinyalleri yeniden vererek, zapların hatırlamayı yüzde 50'nin üzerinde artırdığını gösterdiler.
Çalışma küçük bir kohortu içeriyordu. Ancak inanılmaz bir şekilde, önceki hafıza kaybından muzdarip olanlar en iyi gelişmeleri gösterdi.
Açık olmak gerekirse, ekip hafıza için bir video kamera geliştirmedi. Sistem, hipokampusun bellek kodlama ve hatırlama için normal sürecini kısmen taklit eder; bu, herkesin bildiği gibi öznel ve biraz güvenilmez olabilir. Benzer bir hafıza protezi, sürekli olarak yeni deneyimler ve deneyimlerle bombardımana tutulduğumuz gerçek dünyada iyi çalışmayabilir. hatıralar.
Bununla birlikte, çalışma demans, Alzheimer veya diğer hafıza kaybı nedenlerine sahip kişilerin hayatlarının aksi halde kaybedilebilecek parçalarını korumalarına yardımcı olmanın bir yolunu gösteriyor.
“Bu, hafızayı geri yüklemek için neler yapabileceğimize dair geleceğe bir bakış.” şuraya Çalışmaya dahil olmayan Birmingham Üniversitesi'nden Dr. Kim Shapiro, MIT Technology Review.
O nasıl çalışır?
Her şey hipokampüsü çevreleyen ve içindeki elektrik darbelerine iner.
Yakınlaştıralım. Denizatı şeklindeki bir yapı olan hipokampus, genellikle anılar için yekpare bir merkez olarak tanımlanır. Ancak, yiyecek analojisini ekleyin - tek tip bir peynir bloğundan ziyade, hatıraları kodlarken, saklarken ve hatırladıkça elektrik darbelerinin farklı katmanlardan aktığı çok katmanlı bir peynir sosu gibidir.
Ekip, hafıza protezi için iki spesifik bölgeye odaklandı: birbirine oldukça bağlı bir sinir devresi oluşturan CA1 ve CA3. Kemirgenler, primatlar ve insanlar üzerinde yapılan onlarca yıllık çalışma, anıları kodlamanın püf noktası olarak bu sinirsel yola işaret etti.
Drs liderliğindeki ekip üyeleri. Güney Kaliforniya Üniversitesi'nden Dong Song ve Wake Forest Tıp Okulu'ndan Robert Hampson, hafıza protezlerine yabancı değiller. 3 yılı aşkın bir süredir bellek geliştirme için CA1-CA2015 devresini ele geçirme üzerinde çalışan “hafıza biyomühendisi” Dr. Theodore Berger ile rüya ekibi, XNUMX yılında insanlarda ilk başarısını elde etti.
Ana fikir basit: hipokampüsün sinyallerini dijital bir değiştirme ile çoğaltın. Bu kolay bir iş değil. Bilgisayar devrelerinin aksine, sinir devreleri doğrusal değildir. Bu, sinyallerin genellikle aşırı derecede gürültülü olduğu ve zamanla örtüştüğü ve bu da sinirsel sinyalleri güçlendirdiği veya engellediği anlamına gelir. Berger'in o zaman dediği gibi: "Bu kaotik bir kara kutu."
Ekip, hafıza kodunu kırmak için iki algoritma geliştirdi. Bellek kod çözme modeli (MDM) olarak adlandırılan ilk model, hatıraları oluştururken birden fazla kişi arasındaki elektrik modellerinin ortalamasını alır. Çok girişli, çok çıkışlı (MIMO) olarak adlandırılan diğeri, hem giriş hem de çıkış elektrik modellerini (yani CA3-CA1 devresini) içerdiğinden ve bu sinyalleri hem uzayda hem de zamanlamada taklit ettiğinden biraz daha karmaşıktır. Teorik olarak, hem MDM hem de MIMO'ya dayalı elektrik sinyallerini hipokampusa geri göndermek, onu hızlandırmalıdır.
Bir dizi deneyde, sıçanlarda ilk ve maymunlar, daha sonra sağlıklı insanlar, ekip, hafıza protezlerinin, ilaçlar gibi sinir devreleri geçici olarak bozulduğunda hafızayı iyileştirebileceğini buldu. Ancak yaralı devreleri atlamak yeterli değil - istedikleri gerçek bir hafıza proteziydi. değiştirmek hipokampus hasar görürse.
A Whole New World
Yeni çalışma, değerli bir sinirbilim kaynağından yararlandı: beyinlerinin hafıza ile ilgili bölgelerine elektrotlar implante edilen epilepsili insanlar. Beynin derinliklerinde bulunan implantlar, beyin cerrahlarının insanların nöbetlerinin kaynağını bulmasına yardımcı oluyor. Seçilen 25 katılımcıdan bazıları epilepsi dışında semptomlar göstermezken, diğerlerinde hafif ila orta derecede beyin yaralanmaları vardı.
İşte test. Katılımcılara ekranda bir görüntü gösterildi, ardından bir gecikmeden sonra aynı görüntü yedi farklı alternatifle gösterildi. Amaçları tanıdık görüntüyü seçmekti. Her katılımcı, kısa süreli hafızalarını yakalamak için hipokampal aktivitelerinin kaydedildiği 100-150 denemeden hızla geçti.
En az 15 dakika sonra katılımcılara 3 resim gösterildi ve her birinin aşinalıklarını sıralamaları istendi. Bu zor bir görev: Biri denemeden alınan örnek bir görüntü, diğeri tanıdık gelen bir alternatif ve daha önce hiç görülmemiş bir şeydi. Bu onların uzun süreli hafızasını yakalamak içindi.
İleri sarmak. Elektrotların çıkarılması arasında bir gün, katılımcılar öncekilere benzer başka bir hafıza testi turuna tabi tutuldu. Bazı insanlar, MDM veya MIMO algoritması tarafından işlenen kendi sinir sinyallerine dayalı olarak elektrik stimülasyonu aldı. Diğerleri rastgele darbelerle zaplandı. Son grup hiç uyarı almamıştır.
Genel olarak, epilepsili kişilerin beyinlerini uyarmak, hafıza performansını kabaca yüzde 15 artırdı. Ortalama elektrik sinyallerini kullanan MDM ile darbeli olanlar, yüzde 13.8'lik bir artışa sahipti. Buna karşılık, her hipokampinin sinir sinyallerini taklit eden MIMO modeli, performanslarını yüzde 36 oranında iyileştirdi.
Ekip, "Temel bellek işlevinden bağımsız olarak (bozuk veya normal), MIMO modeli, MDM modeline kıyasla en az iki kat kolaylaştırma sağlıyor" dedi.
Önümüzdeki Uzun Yol
Umut verici olsa da, çalışma hipokampal proteze doğru atılan bir sonraki küçük adımdır. Katılımcıların elektrotları ikinci testten sonra çıkarıldığı için, etkilerin devam edip etmediğini veya ne kadar sürdüğünü veya sürekli stimülasyonun gerekli olup olmadığını bilmiyoruz.
Bir hafıza protezi Alzheimer hastalarına fayda sağlayabilirken, daha fazla ayrıntının ütülenmesi gerekiyor. Buradaki elektrot kurulumu nispeten kaba - bir mikrodizi veya invaziv olmayan bir cihaz mümkün mü? Öyleyse, cihaz 24/7 açık olmalı mı? Sonuçta, tüm anılarımızı hatırlamıyoruz - uyku sırasında meydana geldiği düşünülen bir tür sinaptik “temizleme” var.
Şimdilik, teknoloji klinik kullanıma hazır olmaktan çok uzak. Ama ne olabileceğine dair bir bakış. En azından çalışma gösteriyor ki, beyin kontrollü bir Protez kolu, bir bellek yongasına en çok ihtiyacı olan insanlar için imkansız değildir.
