211service.com
Werk begint aan hersenstimulator om geheugen te corrigeren
Voor sommige van de ongeveer 10 miljoen mensen wereldwijd met traumatisch hersenletsel (TBI), kan het vormen en vasthouden van nieuwe herinneringen een van de moeilijkste dingen zijn die ze op een dag zullen doen. Stel je nu een apparaat voor dat in de hersenen is geïmplanteerd en dat hen kan helpen herinneringen te coderen door middel van kleine elektrische schokken.
Een röntgenfoto toont EEG-opname-elektroden onder de schedel van een epilepsiepatiënt.
De eerste stappen in de richting van een dergelijke geheugenneuroprothese worden genomen aan de Universiteit van Pennsylvania, waar onderzoekers zijn begonnen met tests bij patiënten met hersenchirurgie om te proberen de processen die geheugenvorming beheersen te lokaliseren en te beïnvloeden.
Wanneer mensen hersenletsel oplopen, gebeuren er verschillende dingen. Neuronen kunnen beschadigd raken door de eerste impact of door blauwe plekken of zwellingen in de hersenen daarna. De axonen die hersengebieden met elkaar verbinden, kunnen tijdens een botsing ernstig worden geschud, in sommige gevallen letterlijk gescheiden van neuronen.
De hersenen zijn een complex netwerk van neuronen die allemaal met elkaar moeten communiceren, zegt Matthew Kirschen, een kinderneuroloog in het Children's Hospital in Philadelphia, die niet betrokken is bij het Penn-onderzoek. Alles wat je nodig hebt is een kleine verstoring van het axonale proces en het geheugen is aangetast.
Het Pennsylvania-team is een van de vele in de Verenigde Staten die vorig jaar werden gefinancierd door DARPA, het onderzoeksbureau van het Pentagon, om stimulatoren te ontwerpen en te bouwen die de cognitie zouden kunnen beïnvloeden door voortdurend de hersenfunctie te registreren en bepaalde hersengebieden te zappen met lage doses elektriciteit (zie Militaire fondsen Brain-Computer Interfaces om gevoelens te beheersen).
Het Penn-team, onder leiding van cognitief neurowetenschapper Michael Kahana, is al begonnen met het analyseren van hersenopnames van patiënten met ernstige epilepsie. Als onderdeel van hun behandeling krijgen deze patiënten een klein netwerk van elektroden onder hun schedel, dat ze twee tot zeven weken dragen. De elektroden verzamelen EEG-opnames die worden gebruikt om te berekenen waar in hun hersenen hun aanvallen vandaan komen, ter voorbereiding op een operatie om het defecte weefsel te verwijderen.
Terwijl ze deze behandeling ondergaan, bieden sommige patiënten zich ook vrijwillig aan om Kahana ze te laten bestuderen terwijl ze geheugenspelletjes spelen op een computer. De EEG-elektroden registreren de gemiddelde elektrische activiteit van tienduizenden neuronen tegelijk; Kahana zegt dat sommige van de hersengolven die op deze manier worden gemeten, gecorreleerd zijn met de geheugenfunctie.
Het verband tussen EEG-oscillaties en herinneringen is niet duidelijk, maar de Penn-onderzoekers vermoeden dat bepaalde frequenties een indicator kunnen zijn voor hoe goed een persoon dingen zal onthouden. Deze omvatten zogenaamde theta-oscillaties - een soort neuronale activiteit in de hippocampus, een hersengebied dat actief is bij het creëren van nieuwe herinneringen. Zij zijn degenen die [ik] denk dat ze het belangrijkst zijn voor geheugenvorming, en ze zijn vaak aanwezig in de hippocampus, zegt Josh Jacobs, een professor in biomedische technologie aan de Columbia University die aan het project werkt.
In 2013 veroorzaakten onderzoekers van de Universiteit van Californië, Davis, hersenletsel bij 56 ratten, waardoor hun theta-oscillaties ernstig verminderden. Vervolgens toonden ze aan dat het elektrisch stimuleren van de mediale septumkern, een deel van het hippocampusgebied in de hersenen, ratten hielp sneller te ontsnappen uit een doolhof.
Als het Penn-team in staat is om markers van geheugenvorming te identificeren, zal het proberen deze te beïnvloeden door de hersenen te stimuleren met lage doses elektriciteit. Het doel is om te testen of het mogelijk is om de circuits van de hersenen in een toestand te brengen die de best mogelijke geheugenfunctie van een specifieke patiënt vertegenwoordigt.
Kahana, directeur van het Computational Memory Lab van de universiteit, zegt dat het te vroeg is om te zeggen of het idee zal werken. We willen dat de hersenen een bepaald patroon van elektrische activiteit vertonen, zegt hij. Het is een grote sprong [om te zeggen] dat we het op de een of andere manier in die staat kunnen duwen door er een klein duwtje in te geven.
Elektrische hersenstimulatie wordt al veel gebruikt om de fysieke trillingen die gepaard gaan met de ziekte van Parkinson te stoppen. Hoewel het niet duidelijk is waarom de technologie werkt, denken sommigen dat het overbelaste neuronen onderdrukt. Ongeveer 125.000 mensen hebben diepe hersenstimulatoren gekregen; bijna alle apparaten worden vervaardigd door Medtronic, de maker van medische apparaten uit Minneapolis.
Het apparaat van Medtronic gebruikt een draad om de hersenen te stimuleren met constante stroompulsen. Het apparaat dat de Penn-onderzoekers uiteindelijk met de hulp van Medtronic hopen te bouwen, zal anders zijn: Jacobs zegt dat het tientallen elektroden in de hersenen zal gebruiken om te registreren en te stimuleren. De opstelling zou stroom kunnen toepassen om tussen de elektroden door te gaan, wat de activiteit van neuronen in regio's ertussen kan veranderen. In theorie zou je snel kunnen opnemen en zappen om het geheugencoderingscircuit opnieuw uit te lijnen, zegt Jacobs.
Meer dan 270.000 leden van het Amerikaanse leger zijn sinds 2000 gediagnosticeerd met TBI (zie Hersentrauma in Irak), volgens DARPA, dat een dringende behoefte voelt aan effectieve behandelingen, ook al komen de meeste verwondingen niet voor in oorlogsgebieden. Het Penn-team zegt twee jaar te besteden aan het bestuderen van geheugensignalen en nog eens twee jaar aan het ontwikkelen van een apparaat. Klinische tests bij mensen, zegt Kahana, zouden kunnen volgen als het onderzoek succesvol is.