Minnen är en av de mest fantastiska, fantastiska och samtidigt lite studerade resultaten av arbetet med de neurofysiologiska mekanismerna i vår kropp. När allt kommer omkring, på något sätt kombinationen av arbetet med små synapser i vår hjärna och aktiveringen av neuroner som använder dem tillåter bilder av de saker som vi kommer ihåg att dyka upp i vårt huvud. Summan av alla våra minnen gör oss som vi är. De är oss i alla avseenden. Utan dem skulle vi upphöra att vara som vi är.
I en av episoderna av den brittiska science fiction-serien "Black Mirror" (som inte har sett - jag rekommenderar det starkt), som berättar om vår eventuella dystopiska framtid, sades det om en liten enhet som är implanterad bakom en persons öra och ger honom förmågan att inte bara snabbt komma ihåg några ett ögonblick från det förflutna, men också "spela" detta ögonblick i ditt huvud i otroligt tydliga detaljer, som en film på skärmen framför dina ögon.
Theodore Berger, en biomedicinsk ingenjör vid University of South California, lovar inte denna nivå av återkallelse (som kanske är bäst), men har arbetat med liknande minnesimplantat under lång tid. Enheten, implanterad direkt i hjärnan, tack vare en speciell metod för elektrisk stimulering av en del av hjärnan, kan imitera funktionerna i hippocampus, vilket möjliggör bildning av minnen. Testen av de första modifieringarna av en sådan anordning utfördes på laboratoriemöss och apor. Enligt forskaren är det dags att börja testa en sådan enhet på människor.
Bergers enhet är baserad på teorin om hur hippocampus förvandlar kortvariga minnen (som var du placerar dina nycklar) till långtidsminne (du kan senare komma ihåg var du placerar dem). Forskaren genomförde sina tidiga experiment på kaniner: först spelade han ett visst ljud och blåste sedan i deras ansikten och tvingade dem att blinka. Han konstaterade snart att efter att ljudet hördes skulle kaninerna börja blinka även utan att bli utsatta för luftströmmen. Berger bestämde sig för att spela in hippocampus aktivitet i detta ögonblick med ett encefalogram (han anslöt elektroder till kaninens huvud som läste hjärnaktivitet) och fann att kaninerna lärde sig att associera det ljudande ljudet med den ytterligare effekten av luftflödet på dem. Encefalogrambilden visadeatt signalerna i hippocampus i detta ögonblick förändras på ett helt förutsägbart sätt.
"Genom utbildning har hippocampus blivit aktivt involverad i att modifiera kretsar av impulser (signaler)," kommenterar Gregory Clarke, en tidigare student i Berger och professor i biomedicinsk teknik vid University of Utah (USA).
Berger själv gav detta schema med applicerade pulser namnet "space-time code". Och denna kod bestäms av vilka neuroner i hjärnan som deltar i signalöverföring och när exakt denna överföring sker.
”Överföringen av rymd-tidskoden genom de olika lagren av hippocampus över tid förvandlar den till en annan rymd-tidskod. Vi vet ännu inte varför, men när den gör det är den resulterande tid-rymdkoden vad resten av hjärnan kan uppfatta som långtidsminne, förklarar Berger.
Den utgående koden är ett minne som resten av hjärnan använder som en läsbar och förståelig signal. När det gäller kaniner får det att blinka efter att ha hört ett visst ljud. Enligt Berger kunde han härleda en matematisk modell som i allmänhet är en beteenderegel för hippocampus, som används för att konvertera kortvariga minnen till långsiktiga.
Kampanjvideo:
Med denna allmänna regel i handen skapade han en konstgjord hippocampus för laboratorieråttor. Han lärde gnagare först att utföra minnesorienterade uppgifter. Han lärde gnagare att trycka på en av två intilliggande små spakar och irriterade dem sedan med ett riktningsbelysning. Efter ett tag, när den tränade gnagaren återvände till uppgiften, lärde Berger honom att trycka på en annan spak, mittemot den som råtta pressade inledningsvis. Således demonstrerades att gnagaren kom ihåg vad som krävdes av honom.
Under dessa träningspunkter registrerade Berger och hans kollegor fördelningen av signaler som passerar genom gnagarnas hippocampus och noterade att rymdtidskoderna motsvarar minnet för uppgiften genom att trycka på pinnarna. Forskare samlade information om signalkretsarna som går in i och lämnar hippocampus och baserade på dessa data, en matematisk modell som kunde förutsäga den utgående rymd-tidskoden som motsvarar den ursprungligen inkommande. Senare, när Berger injicerade ett läkemedel som blockerar minnesbildning i råttor som tränats för att trycka spakar, använde han sin enhet för att elektriskt stimulera hjärnan med ett mönster av impulser motsvarande den utgående rymdtidskoden som förutses av hans matematiska modell. Experimentet slutade i fullständig framgång. Råttorna tryckte på höger spakar.
”Deras hjärnor hänvisade till rätt kod som om koden hade skapats av dem själva. Det är så vi lärde oss att föra tillbaka minnen till hjärnan,”kommenterar Berger.
Berger testade också implantatets funktionalitet hos rhesus-apor och återställde deras förmåga att återkalla minnen från en del av den prefrontala cortex. Detta område är involverat i arbetet med verkställande funktioner, till exempel användningen av minnen för att lösa nya, tidigare inte mötte uppgifter. I detta sammanhang har implantatet också visat sig vara effektivt för att förbättra minnesfunktionen hos apor.
Men kan ett liknande implantat användas hos människor och kommer det att fungera?
"Alla dessa implantat som direkt interagerar med hjärnan måste möta ett grundläggande problem," säger Dustin Tyler, professor i teknik vid Case Western Reserve University.
”Hjärnan har miljarder nervceller och biljoner internuronala anslutningar (synapser) som gör att de kan arbeta tillsammans. Därför är det extremt svårt att försöka hitta en teknik som direkt kan interagera med så många nervceller och kombinera dem för att arbeta på en ganska hög nivå."
Om kukleära implantat som simulerar en uppsättning ljudfrekvenser genom att stimulera hörselnerven genom ett par dussin elektroder i slutändan inte perfekt kan imitera ljud, vad kan vi säga om ett så mer komplext system som minne? Du måste förstå att vid den nuvarande nivån på metoder och tekniker, med alla dessa elektroder, är forskare fortfarande mycket långt ifrån den verkliga möjligheten att modellera minnen. Detta hindrade dock inte den nya starten, Kernel, från att kontakta Berger, anställa honom, göra honom chef för dess forskningsavdelning och finansiera sin forskning.
Kernels initiala mål var att föra Bergers implantat till marknaden som medicintekniska produkter som kan hjälpa människor med olika minnesproblem. Berger genomför för närvarande kliniska studier av sitt implantat på frivilliga och rapporterar att patienter presterar bra på minnestester. Enligt Kernel VD Brian Johnson vill emellertid Kernel utveckla enheter som genom enkel och säker kirurgi kan implanteras i den mänskliga hjärnan och förbättra mänsklig intelligens inom områden som uppmärksamhet, kreativitet och fokus.
Naturligtvis kommer ett sådant resultat att bli ett nytt verksamhetsområde för olika tillsynsmyndigheter och föremål för många tvister och frågor: är dessa apparater medicinska eller vanliga konsumenter? Och måste vi reglera distributionen? Ur hälsoorganisationers synvinkel kan sådana anordningar, om de bland annat har förmågan att diagnostisera eller behandla sjukdomar eller påverka strukturen och funktionen i kroppens funktioner, verkligen betraktas som medicinska. Men subkutana implantat som kan förbättra en persons koncentration eller kreativitet kommer troligtvis att kunna undkomma strikt tillsyn och kommer att ses som samma vanliga kosttillskott som stimulerar vår hjärna.
Johnson själv kommenterade inte vilken riktning hans företag Kernel kommer att arbeta i och vilken typ av enheter det planerar att producera i slutändan. Allt kommer troligtvis att bero på det specifika individuella implantatet, dess funktioner, omfattning och potentiella biverkningar. Naturligtvis har varje medicinsk utrustning, liksom varje medicin, sina egna biverkningar. För tillfället kan vi bara vänta och hoppas att dessa biverkningar kommer att ha en positiv sida, och inte bli en annan inspiration för det nya kylande avsnittet av serien "Black Mirror".
NIKOLAY KHIZHNYAK
