211service.com
Et første skridt mod en protese til hukommelse
Forskere har udviklet den første hukommelsesprotese - et neuralt implantat, der hos rotter genoprettede tabt hjernefunktion og forbedrede korttidshukommelsesbevarelse. Mens menneskelig test stadig er et fjernt mål, giver implantatet bevis på, at hjernens komplekse neurale kode kan fortolkes og reproduceres for at forbedre kognitiv funktion.
Hukommelseschip: Den lille chip i midten af dette implantat bruger en algoritme til at omdanne indgående neurale signaler til udgående impulser, der kan hjælpe hukommelsen hos rotter. Forskere håber, at implantatet vil være det første skridt mod en hukommelsesprotese for mennesker.
Enheden, som består af en lillebitte chip og et sæt af 32 elektroder, gifter sig med matematik og neurovidenskab. I hjertet er en algoritme, der dechifrerer og replikerer den neurale kode, som et lag af hjernen sender til et andet. Funktionen gendannet af implantatet er begrænset - rotter var i stand til at huske, hvilken af to håndtag de havde trykket på. Men dets skabere mener, at en enhed efter samme princip en dag kan bruges til at forbedre genkaldelsen hos mennesker, der lider af slagtilfælde, demens eller anden hjerneskade.
Wake Forest University neurofysiolog Samuel Deadwyler først trænede rotterne til at trykke på to forskellige håndtag efter hinanden. Dyrene lærte at trykke på det ene håndtag, som det blev præsenteret for dem, og derefter, efter en forsinkelse, huske, hvilket de havde trykket på, og vælge det andet anden gang. Mens rotterne udførte opgaven, registrerede to sæt små elektroder aktiviteten af individuelle neuroner på højre og venstre side af hippocampus, et område af hjernen, der konsoliderer korttidshukommelsen ved at behandle information, når den passerer gennem flere lag. Et sæt på 16 elektroder - otte til højre, otte til venstre - overvågede signaler, der blev sendt fra neuroner i et område af hippocampus kaldet CA3-laget, og yderligere 16 overvågede de behandlede signaler modtaget af neuroner i CA1-laget.
Sammen med Theodor Berger , en biomedicinsk ingeniør og neurovidenskabsmand ved University of Southern California, Deadwyler karakteriserede mønsteret af neural aktivitet forbundet med en korrekt respons - mønsteret, der indikerer dannelsen af en solid korttidshukommelse. Forskerne stimulerede nerverne i samme mønster og testede rotterne igen. Denne gang lavede dyrene færre fejl og kunne huske, hvilket håndtag de skulle trykke på selv efter længere forsinkelser. Da forskerne tog det et skridt videre og forhindrede hukommelsesdannelse med et nerveblokerende lægemiddel, fandt de ud af, at rotterne stadig kunne huske, hvilket håndtag de skulle trykke på, hvis de blev stimuleret med det neurale impulsmønster.
Det er en spændende demonstration af de evner, vi har nu, ikke kun til at læse neuronal aktivitet i hjernen, men også at manipulere den, siger Charles Wilson , en neurovidenskabsmand og emeritus professor ved University of California, Los Angeles, som ikke var involveret i forskningen. Forhåbentlig kan dette være klinisk nyttigt i fremtiden.
En del af udfordringen med at skabe protesen var at udvikle en enhed, der i sidste ende ville være i stand til at hjælpe med at genkalde mange typer minder. Det krævede at lære at replikere hippocampus aktiviteter. I stedet for at gemme specifikke minder, sender hippocampus dem videre til hjernens langtidshukommelse og oversætter dem til en form, som langtidshukommelsen er i stand til at gemme. På samme måde gemmer algoritmen ikke specifikke eksempler – hvordan man børster tænder, hvordan man finder vej hjem – men skaber i stedet et sæt regler, der ligner dem, et stemmegenkendelsesprogram kan bruge til at oversætte et sprog til et andet. Vi forsøger ikke at forstå sproget, siger Berger. Kan vi snarere på grundlag af det, vi hører, oversætte noget fra russisk til kinesisk uden at kende nogen af dem?
Berger og Deadwyler arbejder nu på at øge antallet af neuroner, de kan overvåge, og på at flytte deres forskning i ikke-menneskelige primater - næste skridt på den lange rejse mod at udvikle et menneskeligt implantat. Vi har allerede teknologien og evnen til at optage og stimulere en enkelt neuron hos mennesker; ingredienserne er der allerede, siger Wilson. Og det faktum, at det kunne gøres hos dyr, antyder for mig, at en lignende ting kunne gøres hos mennesker.