211service.com
Arbejdet begynder med hjernestimulator for at korrigere hukommelsen
For nogle af de ca 10 millioner mennesker på verdensplan med traumatisk hjerneskade (TBI) kan det at danne og fastholde nye minder være en af de sværeste ting, de vil gøre på en dag. Forestil dig nu en enhed implanteret i hjernen, som kan hjælpe dem med at kode minder ved hjælp af små elektriske stød.
Et røntgenbillede viser EEG-registrerende elektroder under kraniet på en epilepsipatient.
De første skridt mod en sådan hukommelsesneuroprotetik bliver taget på University of Pennsylvania, hvor forskere har startet tests på hjernekirurgiske patienter for at forsøge at lokalisere og påvirke de processer, der styrer hukommelsesdannelsen.
Når folk får hjerneskader, sker der flere ting. Neuroner kan blive beskadiget fra den første påvirkning eller fra blå mærker eller hævelse i hjernen efterfølgende. De axoner, der forbinder hjerneregioner, kan blive alvorligt stødt under påvirkning, i nogle tilfælde bogstaveligt adskilt fra neuroner.
Hjernen er et komplekst netværk af neuroner, som alle skal kommunikere med hinanden, siger Matthew Kirschen, en pædiatrisk neurolog ved Children's Hospital of Philadelphia, som ikke er involveret i Penn-forskningen. Alt du behøver er en lille forstyrrelse i den aksonale proces og hukommelsen er svækket.
Pennsylvania-holdet er et af flere i USA, der sidste år blev finansieret af DARPA, Pentagon-forskningsbureauet, til at designe og bygge stimulatorer, der kunne påvirke kognition ved konstant at registrere hjernefunktion og zappe bestemte hjerneområder med lave doser af elektricitet (se Militære midler hjerne-computer-grænseflader til at kontrollere følelser).
Penn-teamet, ledet af kognitiv neuroforsker Michael Kahana, er allerede begyndt at analysere hjerneoptagelser fra patienter med svær epilepsi. Som en del af deres behandling får disse patienter et lille net af elektroder under deres kranier, som de har på i to til syv uger. Elektroderne opsamler EEG-optagelser, der bruges til at beregne, hvor i deres hjerner deres anfald stammer fra, som forberedelse til operation for at fjerne det defekte væv.
Mens de gennemgår denne behandling, melder nogle patienter sig også frivilligt til at lade Kahana studere dem, mens de spiller huskespil på en computer. EEG-elektroderne registrerer den gennemsnitlige elektriske aktivitet af titusindvis af neuroner på én gang; Kahana siger, at nogle af hjernebølgerne målt på denne måde er korreleret med hukommelsesfunktion.
Sammenhængen mellem EEG-oscillationer og minder er ikke klar, men Penn-forskerne formoder, at visse frekvenser kan give en markør for, hvor godt en person vil huske ting. Disse omfatter såkaldte theta-oscillationer - en type neuronal aktivitet i hippocampus, en hjerneregion, der er aktiv i at skabe nye minder. Det er dem [jeg] synes er de vigtigste for hukommelsesdannelse, og de er ofte til stede i hippocampus, siger Josh Jacobs, professor i biomedicinsk ingeniørvidenskab ved Columbia University, som arbejder på projektet.
I 2013 skabte forskere ved University of California, Davis, hjerneskader hos 56 rotter, hvilket alvorligt mindskede deres theta-oscillationer. De viste derefter, at elektrisk stimulering af den mediale septalkerne, en del af hippocampus-regionen i hjernen, hjalp rotter med at flygte hurtigere fra en labyrint.
Hvis Penn-teamet er i stand til at identificere markører for hukommelsesdannelse, vil det forsøge at påvirke dem ved at stimulere hjernen med lave doser elektricitet. Målet er at teste, om det er muligt at lokke hjernens kredsløb til den tilstand, der repræsenterer en specifik patients bedst mulige hukommelsesfunktion.
Kahana, der er direktør for universitetets Computational Memory Lab, siger, at det er for tidligt at sige, om ideen vil virke. Vi vil gerne have, at hjernen udviser et bestemt mønster af elektrisk aktivitet, siger han. Det er et stort spring [at sige], at vi på en eller anden måde kan skubbe det ind i den tilstand ved at give det et lille skub.
Elektrisk hjernestimulering er allerede meget brugt til at stoppe de fysiske rystelser forbundet med Parkinsons sygdom. Selvom det ikke er klart, hvorfor teknologien virker, tror nogle, at den virker til at undertrykke overexciterede neuroner. Omkring 125.000 mennesker har modtaget dybe hjernestimulatorer; Næsten alle enheder er fremstillet af Minneapolis medicinske enhedsproducent Medtronic.
Medtronics enhed bruger en ledning til at stimulere hjernen med konstante impulser af elektricitet. Den enhed, som Penn-forskerne håber at bygge med Medtronics hjælp, vil være anderledes: Jacobs siger, at den vil bruge snesevis af elektroder inde i hjernen til at optage og stimulere. Opsætningen kunne påføre strøm til at passere mellem elektroderne, hvilket kan ændre aktiviteten af neuroner i områder mellem dem. Du kunne teoretisk set optage og zappe hurtigt for at få hukommelseskodningskredsløbet justeret, siger Jacobs.
Mere end 270.000 medlemmer af det amerikanske militær er blevet diagnosticeret med TBI siden 2000 (se Brain Trauma in Iraq), ifølge DARPA, som føler et presserende behov for effektive behandlinger, selvom de fleste skader ikke opstår i krigszoner. Penn-teamet siger, at det forventer at bruge to år på at studere hukommelsessignaler og yderligere to år på at udvikle en enhed. Kliniske forsøg på mennesker, siger Kahana, kunne følge, hvis forskningen lykkes.