Спогади вибагливі. Я подорожував Атлантичною Канадою протягом останніх трьох тижнів, і мої спогади про подорож — дати, місця, їжа, пригоди — не збігаються з шпильками на Картах Google або записами в щоденнику. Мій мозок вивчав новий досвід і кодував спогади — але не настільки сильно, щоб протриматися навіть тиждень.
З віком збереження пам’яті погіршується. Для людей із травмами головного мозку, такими як інсульт або фізична травма мозку, це порушення може бути вкрай виснажливим. Що, якби був спосіб штучно підвищити здатність мозку зберігати спогади?
Ідея звучить як а Чорне дзеркало епізод. Але цього місяця, Нове дослідження in Кордони в неврології людини надав деякі з перших доказів того, що «протез пам’яті» можливий у людей. Протез не є пристроєм; скоріше, це низка електродів, імплантованих у гіпокамп — структуру, заховану глибоко в мозку, яка має вирішальне значення для епізодичних спогадів, — які кодують коли, де та що з нашого щоденного досвіду.
Установка спирається на абсолютно неромантичний погляд на пам'ять. Замість хвиль багатих, детальних, емоційні спогади які заповнюють наш мозок, воно стверджує, що спогади — це просто електричні сигнали, що генеруються добре відрегульованою нейронною магістраллю всередині гіпокампу. Якщо ми зможемо зафіксувати ці сигнали, поки людина навчається, тоді теоретично ми зможемо відтворити записи в мозок — у формі електричних перемикань — і потенційно посилити цю конкретну пам’ять.
Команда спиралася на свою попередню роботу з розробки протезів пам’яті. У людей з епілепсією вони показали, що шляхом повторного введення нейронних сигналів, які кодують один тип пам’яті, під час виконання конкретного завдання, запс прискорює запам’ятовування більш ніж на 50 відсотків.
У дослідженні брала участь невелика когорта. Але неймовірно, але ті, хто страждав від попередньої втрати пам’яті, показали найкращі покращення.
Щоб було зрозуміло, команда не розробляла відеокамеру для пам’яті. Система частково імітує звичайний процес гіпокампу для кодування пам’яті та пригадування, який може бути, як відомо, суб’єктивним і дещо ненадійним. Подібний протез пам’яті може не працювати добре в реальному світі, де нас постійно бомбардують новими враженнями та спогади.
Тим не менш, дослідження демонструє спосіб допомогти людям із деменцією, хворобою Альцгеймера чи іншими причинами втрати пам’яті зберегти фрагменти свого життя, які інакше могли б бути втрачені.
«Це проблиск у майбутнє того, що ми можемо зробити, щоб відновити пам’ять», сказав Доктор Кім Шапіро з Бірмінгемського університету, який не брав участі в дослідженні, до MIT Technology Review.
Як це працює?
Все зводиться до електричних імпульсів, що оточують гіпокамп і всередині нього.
Збільшимо масштаб. Гіпокамп, структуру у формі морського коника, часто описують як монолітний центр спогадів. Але — вставте аналогію з їжею — це більше схоже на багатошаровий сирний соус, а не на однорідний шматочок сиру, де електричні імпульси проходять через різні шари, коли він кодує, зберігає та викликає спогади.
Для протезування пам’яті команда зосередилася на двох конкретних областях: CA1 і CA3, які утворюють високо взаємопов’язаний нейронний ланцюг. Десятиліття роботи на гризунах, приматах і людях показали, що цей нейронний шлях є ключовим для кодування спогадів.
Члени команди на чолі з Drs. Донг Сонг з Університету Південної Каліфорнії та Роберт Хемпсон з Медичної школи Вейк-Форест не є чужими для протезування пам’яті. З «біоінженером пам’яті» доктором Теодором Бергером, який понад три десятиліття працював над викраденням схеми CA3-CA1 для покращення пам’яті, у 2015 році команда мрії досягла першого успіху на людях.
Основна ідея проста: відтворити сигнали гіпокампу за допомогою цифрової заміни. Це непросте завдання. На відміну від комп’ютерних схем, нейронні схеми є нелінійними. Це означає, що сигнали часто надзвичайно шумні та збігаються в часі, що підсилює — або гальмує — нейронні сигнали. Як тоді сказав Бергер: «Це хаотична чорна скринька».
Щоб зламати код пам’яті, команда розробила два алгоритми. Перша, яка називається моделлю декодування пам’яті (MDM), бере середнє значення електричних моделей у багатьох людей, коли вони формують спогади. Інший, який називається «багато входів і виходів» (MIMO), є дещо складнішим, оскільки він включає як вхідні, так і вихідні електричні шаблони, тобто схему CA3-CA1, і імітує ці сигнали як у просторі, так і в часі. Теоретично передача електричних сигналів на основі MDM і MIMO назад в гіпокамп повинна дати йому поштовх.
У серії експериментів, спочатку у щурів та мавп, потім в здорових людей, команда виявила, що їхні протези пам’яті можуть покращити пам’ять, коли нервові ланцюги тимчасово порушуються, наприклад, під дією наркотиків. Але обійти пошкоджені ланцюги недостатньо — вони хотіли справжнього протеза пам’яті, який міг замінювати гіпокамп у разі пошкодження.
A Whole New World
Нове дослідження скористалося цінним нейронауковим ресурсом: людьми з епілепсією, у яких електроди імплантовані в області мозку, пов’язані з пам’яттю. Імпланти, розташовані глибоко в мозку, допомагають нейрохірургам відстежувати джерело судом у людей. Серед 25 відібраних учасників деякі не виявляли інших симптомів, окрім епілепсії, тоді як інші мали травми головного мозку легкої та середньої тяжкості.
Ось тест. Учасникам було показано зображення на екрані, а потім із затримкою — те саме зображення з до семи різних альтернатив. Їхньою метою було вибрати знайомий образ. Кожен учасник швидко пройшов 100-150 випробувань, під час яких їхня гіпокампальна активність була записана, щоб зафіксувати їхню короткочасну пам’ять.
Принаймні через 15 хвилин учасникам показали 3 зображення та попросили оцінити їхню знайомість. Це складне завдання: одне було зразком зображення з судового розгляду, інше — альтернативним, що здавалося знайомим і жодного раніше не баченим. Це було призначено для збереження їхньої довгострокової пам’яті.
Спалах вперед. За один день між видаленням електродів учасники пройшли ще один раунд тестів пам’яті, подібних до попередніх. Деякі люди отримували електричну стимуляцію на основі власних нейронних сигналів, оброблених за алгоритмом MDM або MIMO. Інші були запущені випадковими імпульсами. Остання група не отримувала жодної стимуляції.
Загалом, стимуляція мозку людей з епілепсією підвищила продуктивність пам’яті приблизно на 15 відсотків. Імпульси з MDM, які використовують усереднені електричні сигнали, мали мізерне підвищення на 13.8 відсотка. Навпаки, модель MIMO, яка імітує нейронні сигнали кожного гіпокампу, дозволила покращити їх продуктивність на 36 відсотків.
«Незалежно від базової функції пам’яті (порушена або нормальна), модель MIMO забезпечує принаймні вдвічі більше полегшення порівняно з моделлю MDM», — сказала команда.
Довга дорога попереду
Незважаючи на багатообіцяюче дослідження, це лише наступний маленький крок до протезування гіпокампу. Оскільки після другого тесту учасникам видалили електроди, ми не знаємо, чи тривав ефект і чи довго він тривав, чи потрібна постійна стимуляція.
Незважаючи на те, що протез пам’яті може принести користь людям з хворобою Альцгеймера, потрібно уточнити ще багато деталей. Налаштування електродів тут відносно грубе — чи можливий мікрочіп чи неінвазивний пристрій? Якщо так, то чи варто пристрій увімкнути 24/7? Зрештою, ми не пам’ятаємо всі наші спогади — вважається, що під час сну відбувається певне синаптичне «очищення».
Наразі технологія далека від готовності до клінічного використання. Але це проблиск того, що може бути. Принаймні дослідження показує, що, схоже на контрольований мозком протез кінцівкичіп пам’яті не є неможливим для людей, яким він найбільше потрібен.
