211service.com
Een eerste stap naar een prothese voor het geheugen
Onderzoekers hebben het eerste geheugenprothese-apparaat ontwikkeld - een neuraal implantaat dat bij ratten de verloren hersenfunctie herstelde en het kortetermijngeheugen verbeterde. Hoewel testen op mensen nog ver verwijderd is, levert het implantaat bewijs dat de complexe neurale code van de hersenen kan worden geïnterpreteerd en gereproduceerd om de cognitieve functie te verbeteren.
Geheugenkaart: De kleine chip in het midden van dit implantaat gebruikt een algoritme om binnenkomende neurale signalen om te zetten in uitgaande impulsen die het geheugen van ratten kunnen helpen. Onderzoekers hopen dat het implantaat de eerste stap zal zijn naar een geheugenprothese voor mensen.
Het apparaat, dat bestaat uit een kleine chip en een set van 32 elektroden, trouwt met wiskunde en neurowetenschappen. De kern is een algoritme dat de neurale code ontcijfert en repliceert die de ene laag van de hersenen naar de andere stuurt. De functie die door het implantaat wordt hersteld, is beperkt: ratten konden zich herinneren op welke van de twee hendels ze hadden gedrukt. Maar de makers zijn van mening dat een apparaat volgens hetzelfde principe ooit zou kunnen worden gebruikt om het geheugen te verbeteren van mensen die lijden aan een beroerte, dementie of andere hersenbeschadiging.
Neurofysioloog Wake Forest University Samuel Deadwyler eerst de ratten getraind om achtereenvolgens op twee verschillende hendels te drukken. De dieren leerden een hendel in te drukken zoals deze aan hen werd aangeboden en onthielden na enige tijd op welke ze hadden gedrukt en kozen de andere de tweede keer. Terwijl de ratten de taak uitvoerden, registreerden twee sets minuscule elektroden de activiteit van individuele neuronen aan de rechter- en linkerkant van de hippocampus, een gebied van de hersenen dat het kortetermijngeheugen consolideert door informatie te verwerken terwijl het door meerdere lagen gaat. Een set van 16 elektroden - acht aan de rechterkant, acht aan de linkerkant - bewaakte signalen die werden verzonden door neuronen in een gebied van de hippocampus dat de CA3-laag wordt genoemd, en nog eens 16 bewaakte de verwerkte signalen die werden ontvangen door neuronen in de CA1-laag.
Samen met Theodore Berger , een biomedisch ingenieur en neurowetenschapper aan de Universiteit van Zuid-Californië, Deadwyler, karakteriseerde het patroon van neurale activiteit geassocieerd met een correcte respons - het patroon dat de vorming van een solide kortetermijngeheugen aangeeft. De onderzoekers stimuleerden de zenuwen in hetzelfde patroon en testten de ratten opnieuw. Deze keer maakten de dieren minder fouten en konden ze onthouden welke hendel ze moesten indrukken, zelfs na langere vertragingen. Toen de onderzoekers nog een stap verder gingen en geheugenvorming voorkwamen met een zenuwblokkerend medicijn, ontdekten ze dat de ratten zich nog konden herinneren op welke hendel ze moesten drukken als ze werden gestimuleerd met het neurale impulspatroon.
Het is een opwindende demonstratie van de mogelijkheden die we nu hebben, niet alleen om de neuronale activiteit van de hersenen te lezen, maar ook om deze te manipuleren, zegt Charles Wilson , een neurowetenschapper en emeritus professor aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, die niet betrokken was bij het onderzoek. Hopelijk kan dit in de toekomst klinisch nuttig zijn.
Een deel van de uitdaging bij het maken van de prothese was het ontwikkelen van een apparaat dat uiteindelijk zou kunnen helpen bij het oproepen van vele soorten herinneringen. Dat vereiste het leren om de activiteiten van de hippocampus te repliceren. In plaats van specifieke herinneringen op te slaan, geeft de hippocampus ze door aan het langetermijngeheugen van de hersenen en vertaalt ze in een vorm die het langetermijngeheugen kan opslaan. Evenzo slaat het algoritme geen specifieke voorbeelden op - hoe je tanden poetst, hoe je de weg naar huis vindt - maar creëert in plaats daarvan een reeks regels die lijken op de regels die een spraakherkenningsprogramma zou kunnen gebruiken om de ene taal in de andere te vertalen. We proberen de taal niet te begrijpen, zegt Berger. Kunnen we op basis van wat we horen iets vertalen van het Russisch naar het Chinees zonder een van beide te kennen?
Berger en Deadwyler werken nu aan het vergroten van het aantal neuronen dat ze kunnen monitoren en om hun onderzoek te verplaatsen naar niet-menselijke primaten - de volgende stap op de lange reis naar de ontwikkeling van een menselijk implantaat. We hebben al de technologie en het vermogen om een enkel neuron bij mensen vast te leggen en te stimuleren; de ingrediënten zijn er al, zegt Wilson. En het feit dat het bij dieren kan worden gedaan, suggereert voor mij dat iets soortgelijks bij mensen kan worden gedaan.