Уникална форма на мозъчна стимулация повишава способността на хората да запомнят нова информация, като имитира начина, по който мозъкът ни създава спомени.

Според нови изследвания "протеза на паметта", която включва поставяне на електрод дълбоко в мозъка, действа и при хора с нарушения в спомените и е дори по-ефективна при хора, които поначало са имали по-слаба памет. В бъдеще по-усъвършенствани версии на тази „протеза“ биха могли да помогнат на хора със загуба на паметта вследствие на мозъчни наранявания или в резултат на стареене и дегенеративни процеси като болестта на Алцхаймер, казват изследователите, които стоят зад проекта.

"Това е поглед в бъдещето в сферата на възстановяването на паметта", казва Ким Шапиро, невролог от британския University of Birmingham, пред MIT Technology Review.

Методът работи, като копира това, което се случва в хипокампуса - област с формата на морско конче, разположена дълбоко в мозъка, която играе решаваща роля за запаметяването. Тази мозъчна структура не само помага за формирането на краткосрочни спомени, но и изглежда насочва спомените към други региони за дългосрочно съхранение.

Учени решиха ключов проблем на термоядрения синтез с помощта на AI

Имитиране на процеса на запомняне

В продължение на повече от 10 години Теодор Бергер и Донг Сонг от University of Southern California разработват начин за имитиране на този процес. Идеята им е да използват мозъчни електроди, за да разберат електрическите модели на активност, които се появяват при кодиране на спомени, и след това да използват същите електроди, за да възпламенят подобни модели на мозъчна активност. Екипът е тествал версии на тази протеза върху животни и върху някои доброволци с епилепсия, които вече са имали имплантирани електроди в мозъка си, за да се лекуват.

За да разберат дали тя може да помогне на хора със слаба памет, Роб Хампсън, невролог от Wake Forest University School of Medicine в Северна Каролина, и неговият екип тестват две версии на протезата на паметта при 24 души, на които са имплантирани електроди за изследване на епилепсията, някои от които са имали и мозъчни травми.

Първата версия, която екипът нарича модел за декодиране на паметта (MDM), имитира моделите на електрическа активност в хипокампуса, които възникват по естествен начин, когато всеки доброволец успешно формира спомени. Моделът MDM взема средната стойност на тези показания за всеки индивид и след това имитира процеса в електрическа стимулация.

Вторият тип, наречен "мулти-вход, мулти-изход" (MIMO), по-точно имитира работата на хипокампуса. В здравия хипокампус електрическата активност преминава от един слой в друг, преди да се разпространи в други области на мозъка. Моделът MIMO се основава на изучаване на моделите на електрическите входове и изходи, които съответстват на кодирането на паметта, и след това на тяхното имитиране.

Учени създадоха генно модифицирани клетки в революционна процедура

Уникални мозъци

За да проверят колко добре работи всеки от моделите, Хемпсън и колегите му се обръщат към доброволците с молба да участват в тестове за памет. По време на тестовете на всеки човек се показва изображение на компютърен екран. След известно време същото изображение се показва отново, заедно с няколко други, а човекът трябва да избере кое е вече показано. Всеки доброволец изпълнява около 100-150 подобни задачи, които са предназначени за проверка на краткосрочната му памет.

Между 15 и 90 минути по-късно всеки участник е подложен на втори тест - този път му се показва набор от три изображения и е помолен да избере кое е най-познатото. Този тест оценява дългосрочната памет на човека. Доброволците преминават двата кръга от тестове за памет по два пъти - веднъж за запис от хипокампуса и веднъж за стимулиране на записаните модели, свързани с успешно съхранени спомени.

„Всеки запис беше уникален“, казва Хампсън: "Досега установихме, че за всеки човек е различно".

Екипът установява също така, че неговата протеза за памет подобрява представянето на доброволците на тестовете за памет - резултатите им са значително по-високи, ако са получили правилния модел на стимулация при първото представяне на изображенията. Това предполага, че системата може да помогне за кодирането на спомените в мозъка, казват изследователите.

"Наблюдаваме подобрения, които варират от 11% до 54%", посочва Хампсън.

Важно откритие за мъжете: Учени разгадаха за първи път цялата Y хромозома

Персонализирането на мозъчната стимулация по този начин е "наистина важно нещо, което трябва да се прави", смята Джош Джейкъбс от Columbia University, който също изучава мозъчни записи от хора с епилепсия, но не е участвал във въпросното изследване.

Досега лекарите и учените са имали известен успех в лечението на разстройства като болестта на Паркинсон, като просто са въздействали върху една и съща област на мозъка при всички хора.

"Но хората имат наистина различни мозъчни реакции. Приспособяването на стимулацията към конкретните индивиди вероятно ще подобри нейното въздействие“, казва той.

Моделът MIMO, който в по-голяма степен отразява работата на хипокампуса, има дори по-добри средни резултати. Най-голямо подобрение се наблюдава при хората, които в началото на експеримента са имали най-лоши показатели на паметта. Изследователите не са сигурни защо това е така, „но може би защото има повече възможности за подобрение", казва Хампсън.

Електродите на всички доброволци са били отстранени в рамките на няколко седмици, след като лекарите им са приключили изследванията на епилепсията. Но Сонг се надява, че подобренията в паметта им ще бъдат трайни. Теоретично стимулацията, която всеки от тях е получил, би могла да укрепи проводниците на невроните в хипокампуса, казва той: "Не знаем, но се надяваме на това."

Възможно ли е извличането на полезна енергия от Брауновото движение?

Възстановяване на паметта

Сонг, Хемпсън и колегите им, които публикуват своите открития в списанието Frontiers in Human Neuroscience през юли, се надяват, че тяхната протеза на паметта един ден ще може да се използва широко за възстановяване на паметта при хора с проблеми.

"Пациентите с мозъчни травми биха били първите кандидати", казва Сонг. „Такива наранявания обикновено засягат специфични области на мозъка. Уврежданията на хипокампуса биха били по-лесни за овладяване, отколкото дегенеративните заболявания като болестта на Алцхаймер, които обикновено включват увреждания в много области на мозъка“.

"Струва ми се, че е възможно един ден да заменим хипокампуса с нещо друго", казва Джейкъбс, но добавя, че ще е трудно да се възпроизведе напълно здрав хипокампус, тъй като структурата съдържа десетки милиони неврони.

"Малко е трудно да си представим как шепа електроди биха могли да заменят милионите неврони в хипокампуса", категоричен е той.

Учени откриха как да подмладим мозъка си с 30 години

Електродите, използвани в изследването, са широки около милиметър и на всички доброволци са имплантирани достатъчно дълбоко в мозъка, за да достигнат до хипокампуса - на дълбочина около 10 сантиметра. Те са доста груби по стандартите на съвременните изследвания и са в състояние да записват само от около 40 до 100 неврона, разкрива още Сонг:

„Всяка протеза на паметта, предназначена за лечение на нарушени, ще изисква мозъчни електроди със стотици контактни точки, което ще им позволи да записват и стимулират стотици или хиляди неврони“.

Хампсън, Сонг и колегите им все още не са установили как протезата на паметта може да работи на практика, а Шапиро добавя:

„Така или иначе, протезата все още е далеч от клинична употреба, но мисля, че по принцип тя би могла да работи. Все пак трябва да извървим дълъг път, преди да разберем достатъчно за паметта, за да можем да използваме подобен подход за заместване на хипокампалната функция."