211service.com
Herstel van verloren hersenfunctie
Hoe maak je een elektronische hersenprothese die iemands vermogen kan herstellen om langetermijnherinneringen te vormen? Recente experimenten van Theodore Berger en zijn collega's, waaronder Sam Deadwyler van het Wake Forest Baptist Medical Center in Winston-Salem, North Carolina, en onderzoekers van de Universiteit van Kentucky in Lexington, beginnen te beschrijven hoe het zou kunnen.
Vorig jaar toonde het team aan dat een implantaat dat de activiteit van een set neuronen registreert en de activiteit van een andere stuurt, de verloren hersenfunctie bij apen kan vervangen. De onderzoekers gebruikten een reeks elektroden om de elektrische activiteit van neuronen in de prefrontale cortex van de dieren te meten, een hersengebied dat betrokken is bij de besluitvorming die vele soorten cognitieve reacties in verband met geheugen stuurt. Vijf apen werden getraind om een geheugentaak uit te voeren waarbij ze een afbeelding op een scherm te zien kregen en vervolgens handbewegingen moesten gebruiken om een cursor naar die afbeelding te sturen, waarna ze een verzameling clipartafbeeldingen te zien kregen.
De neurale activiteit van de apen werd geregistreerd door een klein, met keramiek omsloten elektronisch apparaat en doorgegeven aan een externe computer. In het eerste deel van het experiment analyseerden de onderzoekers de hersenactiviteit die ze vanuit de cortex hadden geregistreerd. Maar toen kwam het moeilijkste. Geheugen wordt gevormd wanneer een set neuronen de signalen van een andere set verwerkt, maar hoe kun je deze verwerking in een elektronisch apparaat repliceren? Eerst moet je de code achterhalen die de hersenen gebruiken. Vanaf de eerste opnames was het onderzoeksteam in staat om een zogenaamd MIMO-model te extrapoleren, een afkorting voor multi-input/multi-output. Dit type wiskundig model kan de neurale schietpatronen karakteriseren die door het elektrode-implantaat worden gedetecteerd en, na verwerking van de patronen, de signalen uitspugen die andere neuronen instrueren om het juiste geheugen te vormen.
Om aan te tonen dat hun model werkte, gaven de onderzoekers de apen cocaïne. De met cocaïne besmeurde apen hadden moeite om de juiste afbeelding te onthouden. Maar met het implantaat op zijn plaats en het MIMO-model dat de binnenkomende signalen vertaalt en gegevens terugvoert naar een andere set neuronen, waren ze in staat om de juiste foto te kiezen, ongeveer net zo betrouwbaar als gewoonlijk, zo niet iets meer.
Maar hoe kon een arts een hersenfunctie vervangen, zoals het vermogen om langetermijnherinneringen te vormen, die iemand al had verloren? In dat geval zou het niet mogelijk zijn om simpelweg een eerder voorbeeld van hoe de hersenen van het individu werkten na te bootsen en dit in het elektronische apparaat te dupliceren. Voorlopig werk suggereert echter dat een opname van de hersenen van een gezond persoon kan worden gebruikt bij gewonden of zieken. We hebben gegevens van een aantal knaagdieren geregistreerd en hebben een generiek model kunnen afleiden voor bepaalde soorten verwerking, zegt Deadwyler. Het onderzoeksteam zal moeten kijken of dezelfde regels gelden voor primaten. Als ze dat doen, kan het betekenen dat een MIMO-model kan worden gebruikt om een generiek patroon te vormen dat lijkt op het soort verwerking dat de meesten van ons doen met betrekking tot bepaalde soorten taken, zegt Deadwyler.