Hukommelser er en af de mest fantastiske, fantastiske og på samme tid lidt studerede resultater af arbejdet med de neurofysiologiske mekanismer i vores krop. Når alt kommer til alt er kombinationen af arbejdet med små synapser i vores hjerne og aktiveringen af neuroner ved hjælp af dem på en eller anden måde tillader, at billeder af de ting, som vi husker, vises i vores hoved. Summen af alle vores minder gør os til, hvem vi er. De er os i alle henseender. Uden dem ville vi ophøre med at være den, vi er.
I en af episoderne fra den britiske science fiction-serie "Black Mirror" (som ikke har set, jeg kan varmt anbefale det), der fortæller om vores mulige dystopiske fremtid, blev det sagt om en lille enhed, der er implanteret bag en persons øre og giver ham muligheden for ikke kun hurtigt at huske nogle et øjeblik fra fortiden, men også "spille" dette øjeblik i dit hoved i utroligt klare detaljer, som en film på skærmen foran dine øjne.
Theodore Berger, en biomedicinsk ingeniør ved University of South California, lover ikke dette niveau af tilbagekaldelse (hvilket sandsynligvis er bedst), men han har arbejdet med sådanne hukommelsesimplantater i lang tid. Enheden, implanteret direkte i hjernen takket være en speciel metode til elektrisk stimulering af en del af hjernen, er i stand til at efterligne funktionerne i hippocampus, hvilket tillader dannelse af minder. Testene af de første modifikationer af en sådan anordning blev udført på laboratoriemus og aber. Ifølge videnskabsmanden er det tid til at begynde at teste en sådan enhed på mennesker.
Bergers enhed er baseret på teorien om, hvordan hippocampus omdanner korttidshukommelser (som hvor du lægger dine nøgler) til langtidshukommelse (du kan senere huske, hvor du lægger dem). Forskeren udførte sine tidlige eksperimenter med kaniner: først spillede han en bestemt lyd og blæste derefter i deres ansigter og tvang dem til at blinke. Han bemærkede snart, at efter lyden blev hørt, ville kaninerne begynde at blinke, selv uden at blive udsat for luftstrømmen. Berger besluttede at registrere hippocampus aktivitet på dette øjeblik ved hjælp af et encephalogram (han tilsluttede elektroder til kaninens hoved, der læste hjerneaktivitet) og fandt, at kaninerne lærte at forbinde den lydende lyd med den yderligere effekt af luftstrømmen på dem. Encephalogram-billedet visteat signalerne i hippocampus i dette øjeblik ændrer sig på en helt forudsigelig måde.
”Gennem træning er hippocampus aktivt involveret i at ændre kredsløb af impulser (signaler),” kommenterer Gregory Clarke, tidligere Berger-studerende og professor i biomedicinsk teknik ved University of Utah (USA).
Berger selv gav dette skema med anvendte impulser navnet "space-time code". Og denne kode bestemmes af, hvilke neuroner i hjernen deltager i signaloverførsel, og hvornår nøjagtigt denne transmission sker.
”Overførslen af rumtidskode gennem de forskellige lag i hippocampus over tid gør den til en anden rumtidskode. Vi ved endnu ikke hvorfor, men når det sker, er den resulterende tid-plads-kode, hvad resten af hjernen kan opfatte som langtidshukommelse,”forklarer Berger.
Den udgående kode er en hukommelse, som resten af hjernen bruger som et læseligt og forståeligt signal. I tilfælde af kaniner får det dem til at blinke efter at have hørt en bestemt lyd. Ifølge Berger var han i stand til at udlede en matematisk model, der generelt er en adfærdsregel for hippocampus, der bruges til at konvertere kortvarige erindringer til langvarige.
Salgsfremmende video:
Med denne generelle regel i hånden skabte han en kunstig hippocampus til laboratorierotter. Han lærte først gnavere at udføre hukommelsesorienterede opgaver. Han lærte gnavere at trykke på en af to tilstødende små håndtag og irriterede dem derefter med retningsbestemt lys. Efter et stykke tid, da den trænede gnaver vendte tilbage til opgaven, lærte Berger ham at trykke på en anden greb modsat den, som rotten oprindeligt pressede. Det blev således demonstreret, at gnaveren huskede, hvad der blev krævet af ham.
I løbet af disse træningspunkter registrerede Berger og hans kolleger fordelingen af signaler, der passerer gennem gnavernes hippocampus, og bemærkede, at rumtidskoderne svarer til hukommelsen i opgaven ved at trykke på pindene. Videnskabsmænd har indsamlet information om signal kredsløb, der kommer ind og forlader hippocampus, og på baggrund af disse data har de udviklet en matematisk model, der kunne forudsige den udgående rum-tidskode, der svarer til den oprindeligt indkommende. Senere, da Berger injicerede et medikament, der blokerer hukommelsesdannelse hos rotter, der er trænet til at skubbe håndtag, brugte han sin enhed til elektrisk at stimulere hjernen med et mønster af impulser svarende til den udgående rum-tidskode forudsagt af hans matematiske model. Eksperimentet endte med fuld succes. Rotterne pressede de højre håndtag.
”Deres hjerner henviste til den korrekte kode, som om koden var blevet oprettet af dem selv. Sådan lærte vi at bringe minder tilbage til hjernen,”kommenterer Berger.
Berger testede også implantatets funktionalitet i rhesus-aber, hvilket gendannede deres evne til at hente hukommelser fra en del af den prærontale cortex. Dette område er involveret i udøvelsen af udøvende funktioner, for eksempel brugen af minder til at løse nye opgaver, der tidligere ikke er stødt på. I denne sammenhæng har implantatet også vist sig at være effektivt til forbedring af abernes hukommelsesfunktion.
Men kan et lignende implantat bruges til mennesker, og vil det fungere?
”Alle disse implantater, der direkte interagerer med hjernen, skal stå over for et grundlæggende problem,” siger Dustin Tyler, professor i teknik ved Case Western Reserve University.
”Hjernen har milliarder af neuroner og billioner af interneuronale forbindelser (synapser), der giver dem mulighed for at arbejde sammen. Derfor er det ekstremt vanskeligt at prøve at finde en teknologi, der direkte kan interagere med så mange neuroner og kombinere dem til at arbejde på et rimeligt højt niveau."
Hvis cochlea-implantater, der simulerer et sæt lydfrekvenser ved at stimulere hørnerven gennem et par dusin elektroder ikke i sidste ende perfekt kan efterligne lyd, hvad kan vi sige om et så mere komplekst system som hukommelse. Du er nødt til at forstå, at videnskabsmænd på det nuværende niveau af metoder og teknologier ved hjælp af alle disse elektroder stadig er meget langt fra den reelle mulighed for at modellere minder. Dette forhindrede imidlertid ikke den nye opstart, Kernel, fra at kontakte Berger, ansætte ham, gøre ham til chef for dens forskningsafdeling og finansiere hans forskning.
Kernels oprindelige mål var at bringe Berger-implantater på markedet som medicinsk udstyr, der kan hjælpe mennesker med forskellige hukommelsesproblemer. Berger gennemfører i øjeblikket kliniske forsøg med sit implantat på frivillige og rapporterer, at patienter klarer sig godt på hukommelsestest. Ifølge Kernel-direktør Brian Johnson ønsker Kernel imidlertid ideelt at udvikle enheder, der gennem enkel og sikker kirurgi kan implanteres i den menneskelige hjerne og forbedre menneskelig intelligens inden for områder som opmærksomhed, kreativitet og fokus.
Naturligvis vil et sådant resultat blive et nyt aktivitetsområde for forskellige tilsynsmyndigheder og genstand for mange tvister og spørgsmål: er disse apparater medicinske eller almindelige forbrugere? Og er vi nødt til at regulere deres distribution? Fra sundhedsorganisationers synspunkt er sådanne apparater, hvis de blandt andet har udstyret med evnen til at diagnosticere eller behandle sygdomme eller påvirke strukturen og funktionen af kroppens funktioner, sandsynligvis virkelig betragtes som medicinske. Imidlertid vil subkutane implantater, der kan øge en persons koncentration eller kreativitet, sandsynligvis undslippe streng lovmæssig tilsyn og vil blive betragtet som de samme konventionelle kosttilskud, der stimulerer vores hjerne.
Johnson selv kommenterede ikke, hvilken retning hans firma Kernel vil arbejde i, og hvilken slags enheder det planlægger at producere til sidst. Alt vil sandsynligvis afhænge af det specifikke individuelle implantat, dets funktioner, omfang og potentielle bivirkninger. Naturligvis har ethvert medicinsk udstyr, som enhver medicin, sine egne bivirkninger. Foreløbig kan vi kun vente og håbe, at disse bivirkninger får en positiv side, og ikke bliver en anden inspiration til den nye nedkølende episode af serien "Black Mirror".
NIKOLAY KHIZHNYAK