211service.com
Pierwszy krok w kierunku protezy pamięci
Naukowcy opracowali pierwsze urządzenie protetyczne pamięci — implant neuronowy, który u szczurów przywrócił utraconą funkcję mózgu i poprawił zachowanie pamięci krótkotrwałej. Chociaż testy na ludziach są wciąż odległym celem, implant dostarcza dowodów na to, że złożony kod neuronowy mózgu można interpretować i odtwarzać w celu poprawy funkcji poznawczych.
Karta pamięci: Mały chip w środku tego implantu wykorzystuje algorytm do przekształcania przychodzących sygnałów neuronowych w wychodzące impulsy, które mogą wspomagać pamięć u szczurów. Naukowcy mają nadzieję, że implant będzie pierwszym krokiem w kierunku protezy pamięci dla ludzi.
Urządzenie, które składa się z malutkiego chipa i zestawu 32 elektrod, łączy matematykę i neurologię. Jego sercem jest algorytm, który odszyfrowuje i replikuje kod neuronowy, który jedna warstwa mózgu wysyła do drugiej. Funkcja przywracana przez implant jest ograniczona — szczury były w stanie zapamiętać, którą z dwóch dźwigni nacisnęły. Ale jego twórcy uważają, że urządzenie działające na tej samej zasadzie może pewnego dnia zostać użyte do poprawy pamięci u osób cierpiących na udar, demencję lub inne uszkodzenia mózgu.
Neurofizjolog Uniwersytetu Wake Forest Samuel Deadwyler najpierw wyszkolono szczury, aby naciskały kolejno dwie różne dźwignie. Zwierzęta nauczyły się naciskać jedną dźwignię tak, jak została im przedstawiona, a potem, po pewnym czasie, pamiętają, którą nacisnęły i wybierają drugą za drugim razem. Podczas gdy szczury wykonywały zadanie, dwa zestawy elektrod minutowych rejestrowały aktywność poszczególnych neuronów po prawej i lewej stronie hipokampa, obszaru mózgu, który konsoliduje pamięć krótkotrwałą poprzez przetwarzanie informacji przechodzących przez wiele warstw. Zestaw 16 elektrod — osiem po prawej, osiem po lewej — monitorował sygnały wysyłane z neuronów w obszarze hipokampa zwanym warstwą CA3, a kolejne 16 monitorowało przetworzone sygnały odbierane przez neurony w warstwie CA1.
Razem z Teodor Berger , inżynier biomedyczny i neurobiolog z University of Southern California, Deadwyler scharakteryzował wzorzec aktywności neuronalnej związany z prawidłową reakcją – wzorzec wskazujący na tworzenie trwałej pamięci krótkotrwałej. Naukowcy stymulowali nerwy w ten sam sposób i ponownie przetestowali szczury. Tym razem zwierzęta popełniały mniej błędów i pamiętały, którą dźwignię nacisnąć nawet po dłuższych opóźnieniach. Kiedy naukowcy poszli o krok dalej, zapobiegając tworzeniu się pamięci za pomocą leku blokującego nerwy, odkryli, że szczury wciąż pamiętają, którą dźwignię nacisnąć, jeśli były stymulowane wzorcem impulsów nerwowych.
To ekscytująca demonstracja możliwości, które mamy teraz, nie tylko odczytywania aktywności neuronalnej mózgu, ale także manipulowania nią, mówi Charles Wilson , neurolog i emerytowany profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, który nie był zaangażowany w badania. Mamy nadzieję, że może to być przydatne klinicznie w przyszłości.
Częścią wyzwania przy tworzeniu protezy było opracowanie urządzenia, które ostatecznie będzie w stanie pomóc w przywoływaniu wielu rodzajów wspomnień. Wymagało to nauki powielania czynności hipokampu. Zamiast przechowywać określone wspomnienia, hipokamp przekazuje je do pamięci długotrwałej mózgu, tłumacząc je na formę, którą pamięć długotrwała jest w stanie przechowywać. Podobnie algorytm nie przechowuje konkretnych przykładów – jak myć zęby, jak znaleźć drogę do domu – ale zamiast tego tworzy zestaw reguł podobnych do tych, których może użyć program do rozpoznawania głosu, aby przetłumaczyć jeden język na inny. Nie próbujemy zrozumieć języka, mówi Berger. Raczej na podstawie tego, co słyszymy, czy możemy przetłumaczyć coś z rosyjskiego na chiński, nie znając żadnego z nich?
Berger i Deadwyler pracują teraz nad zwiększeniem liczby neuronów, które mogą monitorować, i przeniesieniem swoich badań na naczelne inne niż ludzie — kolejne kroki w długiej podróży w kierunku opracowania ludzkiego implantu. Mamy już technologię i możliwości rejestrowania i stymulowania pojedynczego neuronu u ludzi; składniki już tam są, mówi Wilson. A fakt, że można to zrobić u zwierząt, sugeruje mi, że podobne rzeczy można zrobić u ludzi.