回忆很挑剔。 在过去的三周里，我一直在加拿大大西洋地区旅行，我对这次旅行的回忆——日期、地点、食物、冒险——与谷歌地图上的图钉或日记条目不匹配。 我的大脑正在学习新的体验并编码记忆——只是强度不足以持续一周。
记忆力随着年龄的增长而恶化。 对于患有脑损伤的人，例如中风或大脑的身体创伤，这种损伤可能会使人完全虚弱。 如果有一种方法可以人为地提高大脑保留记忆的能力呢？
这个想法听起来像 黑色镜子 插曲. 但是这个月， 一项新的研究 in 人类神经科学的前沿 提供了一些初步证据表明“记忆假肢”在人类中是可能的。 假肢不是设备； 相反，它是一系列植入海马体内的电极——一种深埋在大脑深处的结构，对情景记忆至关重要——它编码了我们日常经历的时间、地点和内容。
该设置依赖于完全不浪漫的记忆视图。 而不是一波又一波的丰富、细致、 情感记忆 充斥着我们的大脑，它认为记忆只是海马体内调节良好的神经高速公路产生的电信号。 如果我们能在一个人学习的时候捕捉到这些信号，那么理论上我们可以将这些记录以电击的形式回放回大脑，并有可能增强这种特定的记忆。
该团队建立在他们之前的工程记忆假肢工作的基础上。 在癫痫患者中，他们表明，通过在特定任务中重新引入编码一种类型记忆的神经信号，zaps 将召回率提高了 50% 以上。
该研究涉及一个小队列。 但令人难以置信的是，那些曾经遭受过记忆丧失的人表现出最好的改善。
需要明确的是，该团队并没有开发用于记忆的摄像机。 该系统部分模仿了海马体记忆编码和回忆的正常过程，这可能是出了名的主观和有点不可靠。 类似的记忆假肢在现实世界中可能效果不佳，在现实世界中，我们不断受到新体验和新体验的轰炸 回忆.
也就是说，这项研究展示了一种方法来帮助患有痴呆症、阿尔茨海默氏症或其他导致记忆丧失的人保留他们原本可能会丢失的生活片段。
“这是对我们可能能够做些什么来恢复记忆的未来的一瞥，” 说过 伯明翰大学的 Kim Shapiro 博士（未参与这项研究） 科技创业.
它是如何工作的？
这一切都归结为海马体周围及其内部的电脉冲。
让我们放大一下。海马体是一种海马形状的结构，通常被描述为记忆的整体枢纽。 但是——插入食物类比——而不是一块统一的奶酪，它更像是一个多层的奶酪蘸酱，当它编码、保留和回忆记忆时，电脉冲流过不同的层。
对于记忆假体，该团队专注于两个特定区域：CA1 和 CA3，它们形成了一个高度互连的神经回路。 啮齿类动物、灵长类动物和人类数十年的研究表明，这条神经高速公路是编码记忆的关键。
团队成员，由博士领导。 南加州大学的董松和维克森林医学院的罗伯特·汉普森对记忆假肢并不陌生。 与“记忆生物工程师”西奥多·伯杰博士合作，他在 3 多年来一直致力于劫持 CA1-CA2015 电路以改善记忆力——梦之队在 XNUMX 年首次在人类身上取得成功。
中心思想很简单：用数字替代品复制海马体的信号。 这不是一件容易的事。 与计算机电路不同，神经电路是非线性的。 这意味着信号通常非常嘈杂并且在时间上重叠，这会增强或抑制神经信号。 正如伯杰当时所说：“这是一个混乱的黑匣子。”
为了破解内存密码，该团队制定了两种算法。 第一个，称为记忆解码模型（MDM），在多人形成记忆时对他们的电模式进行平均。 另一种称为多输入多输出 (MIMO)，它稍微复杂一些，因为它结合了输入和输出电气模式——即 CA3-CA1 电路——并在空间和时序上模仿这些信号。 从理论上讲，将基于 MDM 和 MIMO 的电信号脉冲回海马体应该会给它一个提升。
在一系列实验中， 首先在老鼠身上 和 猴子，然后在 健康的人类，研究小组发现，当神经回路暂时中断时，例如使用药物，他们的记忆假肢可以改善记忆力。 但是绕过受伤的电路是不够的——他们想要的是一个真正的记忆假肢，可以 更换 海马体如果受损。
一个全新的世界
这项新研究受益于一种宝贵的神经科学资源：癫痫患者的大脑中与记忆相关的区域植入了电极。 这些植入物位于大脑深处，可帮助神经外科医生追踪人们癫痫发作的根源。 在被选中的 25 名参与者中，有些人没有表现出除癫痫以外的其他症状，而其他人则有轻度至中度的脑损伤。
这是测试。 参与者在屏幕上看到了一张图片，然后在延迟之后，他们看到了同一张图片，最多有七种不同的选择。 他们的目标是挑选出熟悉的图像。 每个参与者快速循环通过 100-150 次试验，在此期间记录他们的海马活动以捕捉他们的短期记忆。
至少 15 分钟后，向参与者展示 3 张图片，并要求他们对每张图片的熟悉程度进行排名。 这是一项棘手的任务：一张是试验中的示例图像，另一张是看起来熟悉的替代品，还有一张以前从未见过。 这是为了捕捉他们的长期记忆。
向前闪。 在移除电极之间的一天，参与者接受了与之前类似的另一轮记忆测试。 有些人根据自己的神经信号接受电刺激，这些信号由 MDM 或 MIMO 算法处理。 其他人则被随机脉冲击打。 最后一组根本没有受到任何刺激。
总体而言，刺激癫痫患者的大脑可将记忆力提高约 15%。 那些使用平均电信号的 MDM 脉冲的人只有区区 13.8% 的提升。 相比之下，模仿每个海马体神经信号的 MIMO 模型使其性能提高了 36%。
“不管基线记忆功能（受损与正常）如何，与 MDM 模型相比，MIMO 模型产生的便利性至少是 MDM 模型的两倍，”该团队表示。
漫漫长路
虽然很有希望，但这项研究只是朝着海马假体迈出的一小步。 因为参与者在第二次测试后移除了电极，所以我们不知道效果是否持续了多长时间，或者是否需要持续刺激。
虽然记忆假体可以使阿尔茨海默氏症患者受益，但需要解决更多细节问题。 这里的电极设置相对粗糙——微阵列或非侵入性设备是否可行？ 如果是这样，是否应该 24/7 开启设备？ 毕竟，我们并不记得我们所有的记忆——有一种突触“清除”被认为发生在睡眠期间。
目前，该技术还远未准备好用于临床。 但这只是对可能发生的事情的一瞥。 至少研究表明，类似于大脑控制的 假肢，对于最需要它的人来说，内存芯片并非不可能。
