Wspomnienia to jedne z najbardziej zdumiewających, zadziwiających i jednocześnie mało przebadanych efektów pracy neurofizjologicznych mechanizmów naszego organizmu. W końcu w jakiś sposób połączenie pracy malutkich synaps w naszym mózgu i aktywacja neuronów przy ich pomocy pozwala na pojawienie się w naszej głowie obrazów tych rzeczy, które pamiętamy. Suma wszystkich naszych wspomnień sprawia, że jesteśmy tym, kim jesteśmy. Są nami pod każdym względem. Bez nich przestalibyśmy być tym, kim jesteśmy.
W jednym z odcinków brytyjskiego serialu science fiction „Czarne lustro” (który nie oglądał, bardzo go polecam), który opowiada o naszej możliwej dystopijnej przyszłości, powiedziano o maleńkim urządzeniu, które wszczepia się za ucho i daje mu możliwość nie tylko szybkiego przypomnienia sobie niektórych chwilę z przeszłości, ale też „odtwórz” ten moment w swojej głowie z niesamowicie wyraźnymi szczegółami, jak film na ekranie na twoich oczach.
Theodore Berger, inżynier biomedyczny z University of Southern California, nie obiecuje takiego poziomu powrotu do wspomnień (co jest chyba najlepszym rozwiązaniem), ale od dawna pracuje nad podobnymi implantami pamięci. Urządzenie, wszczepiane bezpośrednio do mózgu, dzięki specjalnej metodzie stymulacji elektrycznej części mózgu, jest w stanie naśladować funkcje hipokampu, umożliwiając tworzenie wspomnień. Testy pierwszych modyfikacji takiego urządzenia przeprowadzono na myszach laboratoryjnych i małpach. Zdaniem naukowca czas zacząć testować takie urządzenie na ludziach.
Urządzenie Bergera opiera się na teorii, w jaki sposób hipokamp przekształca wspomnienia krótkoterminowe (takie jak miejsce przechowywania kluczy) w pamięć długotrwałą (możesz później przypomnieć sobie, gdzie je umieściłeś). Naukowiec przeprowadził swoje wczesne eksperymenty na królikach: najpierw zagrał określony dźwięk, a następnie dmuchnął w ich twarze, zmuszając je do mrugnięcia. Wkrótce zauważył, że po usłyszeniu dźwięku króliki zaczęły mrugać nawet bez kontaktu z prądem powietrza. Berger zdecydował się zarejestrować aktywność hipokampu w tym momencie za pomocą encefalogramu (podłączył do głowy królika elektrody, które odczytują aktywność mózgu) i odkrył, że króliki nauczyły się kojarzyć brzmiący dźwięk z dalszym wpływem przepływu powietrza na nie. Pokazał obraz z encefalogramuże sygnały w hipokampie zmieniają się w tym momencie w całkowicie przewidywalny sposób.
„Poprzez trening hipokamp aktywnie zaangażował się w modyfikowanie obwodów impulsów (sygnałów)” - komentuje Gregory Clarke, były student Berger i profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Utah (USA).
Sam Berger nadał temu schematowi zastosowanych impulsów nazwę „kod czasoprzestrzenny”. Ten kod jest określany przez to, które neurony w mózgu biorą udział w transmisji sygnału i kiedy dokładnie ta transmisja zachodzi.
„Transmisja kodu czasoprzestrzeni przez różne warstwy hipokampu w czasie zamienia go w inny kod czasoprzestrzeni. Nie wiemy jeszcze dlaczego, ale kiedy tak się dzieje, powstały kod czasoprzestrzenny jest tym, co reszta mózgu może postrzegać jako pamięć długotrwałą”- wyjaśnia Berger.
Wychodzący kod to pamięć, której reszta mózgu używa jako czytelnego i zrozumiałego sygnału. W przypadku królików powoduje mruganie po usłyszeniu określonego dźwięku. Według Bergera był w stanie wyprowadzić model matematyczny, który jest generalnie regułą zachowania hipokampu, która służy do zamiany krótkotrwałych wspomnień na długoterminowe.
Film promocyjny:
Kierując się tą ogólną zasadą, stworzył sztuczny hipokamp dla szczurów laboratoryjnych. Najpierw uczył gryzonie wykonywania zadań związanych z pamięcią. Nauczył gryzonie naciskać jedną z dwóch sąsiednich małych dźwigni, a następnie drażnił je kierunkowym światłem. Po chwili, gdy wytresowany gryzoń wrócił do zadania, Berger nauczył go naciskać kolejną dźwignię, przeciwną do tej, którą szczur naciskał początkowo. W ten sposób wykazano, że gryzoń pamiętał, czego się od niego wymagano.
W trakcie tych sesji treningowych Berger i jego koledzy zarejestrowali rozkład sygnałów przechodzących przez hipokamp gryzoni i zauważyli, że kody czasoprzestrzenne odpowiadają pamięci zadania przez naciśnięcie pałeczek. Naukowcy zebrali informacje o obwodach sygnałowych wchodzących i wychodzących z hipokampu i na podstawie tych danych opracowali model matematyczny, który mógłby przewidywać wychodzący kod czasoprzestrzenny odpowiadający pierwotnie nadchodzącemu. Później, kiedy Berger wstrzyknął lek, który blokuje tworzenie pamięci u szczurów wytrenowanych do naciskania dźwigni, użył swojego urządzenia do elektrycznej stymulacji mózgu wzorcem impulsów odpowiadającym wychodzącemu kodowi czasoprzestrzennemu przewidzianemu przez jego model matematyczny. Eksperyment zakończył się pełnym sukcesem. Szczury naciskały na prawe dźwignie.
„Ich mózgi odnosiły się do właściwego kodu, tak jakby został on stworzony samodzielnie. W ten sposób nauczyliśmy się przywracać wspomnienia do mózgu”- komentuje Berger.
Berger przetestował również funkcjonalność implantu u małp rezusów, przywracając im zdolność przywoływania wspomnień z części kory przedczołowej. Obszar ten jest zaangażowany w pracę funkcji wykonawczych, np. Wykorzystanie pamięci do rozwiązywania nowych, wcześniej nie spotykanych zadań. W tym kontekście wykazano również, że implant skutecznie poprawia funkcję pamięci u małp.
Ale czy podobny implant można zastosować u ludzi i czy zadziała?
„Wszystkie te implanty, które bezpośrednio oddziałują na mózg, będą musiały zmierzyć się z jednym fundamentalnym problemem” - mówi Dustin Tyler, profesor inżynierii na Uniwersytecie Case Western Reserve.
„Mózg ma miliardy neuronów i biliony połączeń międzyneuronalnych (synaps), które umożliwiają im współpracę. Dlatego próba znalezienia technologii, która może bezpośrednio oddziaływać z tak wieloma neuronami i łączyć je w celu pracy na dość wysokim poziomie, jest niezwykle trudna”.
Jeśli implanty ślimakowe, które symulują zestaw częstotliwości dźwięku poprzez stymulację nerwu słuchowego za pomocą kilkudziesięciu elektrod, nie mogą ostatecznie idealnie imitować dźwięku, to cóż możemy powiedzieć o tak złożonym systemie jak pamięć. Trzeba zrozumieć, że na obecnym poziomie metod i technologii, wykorzystując wszystkie te elektrody, naukowcom wciąż daleko do realnej możliwości modelowania wspomnień. Nie przeszkodziło to jednak nowemu startupowi, Kernelowi, skontaktować się z Bergerem, zatrudnić go, mianować szefem działu badań i finansować jego badania.
Początkowym celem Kernela było wprowadzenie na rynek implantów Bergera jako urządzeń medycznych, które mogą pomóc ludziom z różnymi problemami z pamięcią. Berger prowadzi obecnie badania kliniczne swojego implantu na ochotnikach i informuje, że pacjenci osiągają dobre wyniki w testach pamięci. Jednak według CEO Kernel, Briana Johnsona, idealnie byłoby, gdyby Kernel chciał opracować urządzenia, które za pomocą prostej i bezpiecznej operacji można wszczepić do ludzkiego mózgu i zwiększyć ludzką inteligencję w obszarach takich jak uwaga, kreatywność i skupienie.
Oczywiście taki wynik stanie się nowym polem działania różnych organów regulacyjnych i przedmiotem wielu sporów i pytań: czy te wyroby są medyczne, czy zwykłym konsumentem? I czy musimy regulować ich dystrybucję? Z punktu widzenia organizacji zdrowotnych takie wyroby, jeśli między innymi są wyposażone w możliwość diagnozowania lub leczenia chorób lub wpływają na strukturę i funkcjonowanie funkcji organizmu, najprawdopodobniej będą faktycznie uznawane za medyczne. Jednak implanty podskórne zdolne do zwiększenia koncentracji lub kreatywności osoby prawdopodobnie będą w stanie uniknąć ścisłego nadzoru regulacyjnego i będą postrzegane jako te same regularne suplementy diety, które stymulują nasz mózg.
Sam Johnson nie skomentował, w jakim kierunku będzie pracować jego firma Kernel i jakie urządzenia planuje ostatecznie produkować. Najprawdopodobniej wszystko będzie zależało od konkretnego implantu, jego funkcji, zakresu i potencjalnych skutków ubocznych. Oczywiście każdy wyrób medyczny, jak każdy lek, ma swoje skutki uboczne. Na razie możemy tylko czekać i mieć nadzieję, że te skutki uboczne będą miały pozytywną stronę i nie staną się kolejną inspiracją dla nowego, mrożącego krew w żyłach odcinka serialu „Black Mirror”.
NIKOLAY KHIZHNYAK
