Wcześniej w tym miesiącu, na dorocznej konferencji Neuroscience Society, dwa zespoły naukowców zademonstrowały nowe technologie, które mogą dać nam wieczne szczęście. A jeśli sekret wiecznego szczęścia tkwi w implancie mózgowym? Wyobraź sobie: zestaw maleńkich elektrod siedzi cicho w różnych częściach mózgu i rejestruje w czasie rzeczywistym aktywność elektryczną tego organu. Dane są przesyłane do osobistego algorytmu - „mapy nastroju” - który może oszacować ogólny nastrój osoby na podstawie samych fal mózgowych.
Kiedy system rejestruje wzorce wskazujące na początek epizodu depresji, wysyła sygnały elektryczne do ośrodka nastroju w mózgu. Pod czujnym okiem algorytmu system kontynuuje stymulację, aż uszkodzone obwody powrócą do stanu „szczęśliwego”.
Algorytm jest całkowicie niezależny. Każdy sygnał, każde ustawienie jest ukryte pod czapką. System nie potrzebuje wskazówek lekarza, a osoba nie wie o sygnałach - odczuwa jedynie ogólną ulgę w smutku.
Naukowcy finansowani przez DARPA mają nadzieję, że te futurystyczne implanty o zamkniętej pętli pewnego dnia pomogą weteranom z zespołem stresu pourazowego - zespołem stresu pourazowego - lub osobom z ciężką depresją, która rzuca wyzwanie terapii lekowej.
„Mózg bardzo różni się od wszystkich innych narządów ze względu na jego sieć i zdolność adaptacji” - mówi Justin Sanchez, kierownik programu w DARPA. „Zamknięte interfejsy neuronowe w czasie rzeczywistym pozwalają nam odejść od tradycyjnego statycznego widoku mózgu i przejść do precyzyjnego leczenia”.
Chociaż ten system został zaprojektowany przede wszystkim, aby pomóc ludziom z chorobami psychicznymi, jego potencjalny wpływ może wykraczać daleko poza to.
Oczywiście operacja mózgu to wysoka cena za „stymulowane szczęście”, zwłaszcza dla przeciętnego człowieka. Jednak możliwe jest, że komponenty systemu zostaną ostatecznie zastąpione nieinwazyjnymi sposobami pomiaru i stymulacji aktywności mózgu.
Co się wtedy stanie? Czy będziesz w stanie zaufać innym poprzez bezpośredni, stały, chroniczny dostęp do swoich wewnętrznych uczuć? Czy będziesz kusić, by utopić wszystkie swoje emocje w szczęściu?
Film promocyjny:
Kop głębiej
Oczywiście wszystko to jest możliwe tylko wtedy, gdy system działa.
System oparty jest na starej technologii głębokiej stymulacji mózgu (DBS).
Po raz pierwszy zatwierdzony do leczenia objawów ruchowych w chorobie Parkinsona, GM polega na elektrodach wszczepianych bezpośrednio do mózgu, które dostarczają impulsy elektryczne. Te impulsy oddziałują z lokalnymi neuronami i zmieniają ich aktywność.
Podobnie jak wrzucenie kamyka do stawu z niegazowaną wodą, zmiany w tej podstawowej grupie neuronów pulsują w obwodach nerwowych. Chociaż neuronaukowcy nie w pełni zrozumieli specyficzne mechanizmy, wydaje się, że GSF łagodzi różne zaburzenia neurologiczne. Przynajmniej niektóre rozproszone testy to wykazały.
Podczas jednego z pierwszych pokazów mocy paliw i smarów naukowcy włączali i wyłączali system stymulacji, pytając pacjenta z depresją, jak się czuje. Co niewiarygodne, pacjent zgłaszał „dobry nastrój” tylko wtedy, gdy system działał - mimo że zdawał sobie sprawę, że naukowcy aktywowali impulsy elektryczne.
Ta i inne wczesne historie sukcesu doprowadziły do niedawnego badania klinicznego na dużą skalę z udziałem 90 osób z depresją. Zła wiadomość: średnio badania nie wykazały poprawy po roku leczenia.
Ale dr Edward Chang, neurobiolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, który prowadzi jeden z projektów, uważa, że to dopiero początek.
Większość paliw i smarów leczy depresję w ten sam sposób, chociaż ludzie doświadczają jej inaczej. Systemy te zanurzają mózg w ciągłych impulsach elektrycznych. Protokół stymulacji ustala lekarz, a nie rzeczywisty stan mózgu pacjenta. Według Changa ważne jest tworzenie implantów specjalnie zaprojektowanych do indywidualnego traktowania każdego - i włączanie systemu tylko w razie potrzeby.
Mapa nastroju
Zapraszając dr Omida G. Saniego, inżyniera elektryka z University of Southern California, naukowcy opracowali algorytm, który przekłada fale mózgowe na subiektywne odczucia nastroju. Zespół pracował z sześcioma pacjentami z padaczką z już wszczepionymi elektrodami, aby wyśledzić źródło ich napadów. Przez trzy tygodnie ściśle monitorowano aktywność mózgu pacjenta, a nastrój monitorowano za pomocą standardowego kwestionariusza.
Porównując te dwa rodzaje informacji, naukowcy opracowali algorytm, który wyodrębnił niewielką liczbę „predyktorów neuronowych” - dynamicznych wzorców aktywności sieci neuronowej - które mogą dokładnie przewidywać stale zmieniające się uczucia danej osoby.
Wyłoniło się kilka ognisk, w tym układ limbiczny, wcześniej zidentyfikowane centrum zarządzania nastrojem i motywacją.
„Te biomarkery dynamicznego nastroju i algorytmy dekodujące nastrój mogą dostarczyć obrazu procesów mózgowych leżących u podstaw zarządzania nastrojem” - podsumowuje Sani.
Jest to również pierwszy krok w kierunku spersonalizowanej stymulacji mózgu w przypadku depresji.
Według Nature, Sani i Cheng opracowali już system testowy gotowy do testowania na ludziach. Takie systemy zapętlone zostały już przetestowane na kilku osobach, ale Cheng podkreśla, że te wstępne wyniki wymagają dalszej weryfikacji.
Przekroczyć granicę
Drugi zespół naukowców, kierowany przez Emada Eskandara, neurochirurga z Massachusetts General Hospital, przyjął nieco inne podejście.
Tak zwane podejście transdiagnostyczne zwraca uwagę na podobieństwa różnych zaburzeń psychicznych, a nie na konkretne zaburzenie nastroju. Dlatego naukowcy opracowali algorytmy, które wychwytują i podkreślają aktywność mózgu związaną z dobrze znanymi aspektami złego nastroju, takimi jak zwiększony niepokój, zapominanie i brak empatii.
Eskandar uważa, że fale mózgowe to tylko niewielka część danych. Jego zespół ma również nadzieję, że uda mu się zarejestrować aktywność poszczególnych neuronów, aby zidentyfikować te, które prowadzą do chorób psychicznych.
Cel jest oczywiście niezwykle ambitny. Jeśli się powiedzie, Eskandar będzie w stanie prześledzić objawy choroby, od pojedynczych neuronów po obwody neuronalne aktywności mózgu - a następnie będzie możliwe stworzenie wielowarstwowego atlasu dla lekarzy, którzy będą mogli na jego podstawie znaleźć najlepsze metody leczenia.
Badając własne możliwości, naukowcy zaprezentowali na konferencji algorytm, który określa, kiedy ludzie tracą coś z oczu z powodu braku uwagi. Uczestnicy zostali poproszeni o skupienie się na zadaniu - takim jak rozpoznawanie emocji na twarzach wygenerowanych komputerowo - podczas monitorowania aktywności mózgu. Algorytm ostatecznie nauczył się identyfikować wzorce aktywności neuronalnej związanej z rozproszeniem uwagi.
Kiedy naukowcy stymulowali mózgi ochotników w regionie podejmowania decyzji, ich wydajność rozwiązywania problemów znacznie się poprawiła. Zniknęły również struktury aktywności neuronalnej „rozproszonego mózgu”.
Zespół pracuje obecnie nad automatyzacją procesu, tak aby algorytm bezpośrednio wyzwalał stymulację podczas deficytu uwagi.
Mózg na lewą stronę
Jeśli te projekty DARPA dojdą do skutku, radykalnie zmieni się nasze leczenie chorób psychicznych. Ale naukowcy obawiają się, że możemy wejść na pole minowe etyki.
Aby w pełni wdrożyć te zamknięte systemy, algorytm musi zawsze znać prawdziwe uczucia danej osoby. Chociaż nie zgłasza wahań nastroju, dane te są dostępne dla naukowców i lekarzy. A jeśli takie terapie kiedykolwiek zostaną skomercjalizowane, czy pacjenci będą mogli ufać firmom, że ich uczucia i emocje będą bezpieczne?
Niektórzy naukowcy obawiają się również, że elektryczna pigułka szczęścia zmieni ludzkie ego.
„W każdym leczeniu chorób mózgu ryzykujemy, że każdy stanie się taki sam, traktując każde odchylenie od normy jako chorobę” - mówi dr Karen Rommelfanger z Emory University, mówiąc o paliwach i smarach. „Chcemy zobaczyć w tym wszystkim magię. Ale czy chcemy całkowicie pozbyć się depresji? Nie i nie powinien. Bycie człowiekiem oznacza doświadczanie pełnego zakresu doświadczeń”- mówi.
Mówienie o tym nigdy nie będzie zbyteczne. Jednak według Changa krótkoterminowe korzyści - zdolność pozbycia się tego pełnego zakresu objawów - już teraz sprawiają, że projekty są opłacalne. „Po raz pierwszy otwieramy okno do mózgu” - mówi.
Ilya Khel