Нейропротез поможет людям с плохой памятью и болезнью Альцгеймера

«Это демонстрирует, что мы, вероятно, сможем сделать в будущем для восстановления памяти», — говорит Ким Шапиро, нейробиолог из Бирмингемского университета в Великобритании, который не участвовал в исследовании.

Гиппокамп — область мозга, важная для памяти: она не только помогает нам формировать кратковременные воспоминания, но и, по-видимому, направляет воспоминания в другие области для долгосрочного хранения.  Уже более 10 лет Теодор Бергер и Донг Сонг из Университета Южной Калифорнии вместе с коллегами работают над тем, чтобы воссоздать этот процесс.

Их идея в том, чтобы использовать мозговые электроды для понимания электрических паттернов активности, возникающих при кодировании воспоминаний, а затем с помощью тех же электродов воспроизвести его. Версии «протеза памяти» тестировались на животных и людях-добровольцах.

Импланты памяти

Роб Хэмпсон, нейробиолог из Медицинской школы Университета Уэйк Форест в Северной Каролине, и его коллеги протестировали две версии протеза среди 24 человек с эпилепсией, которым имплантировали электроды, у некоторых из которых также были травмы головного мозга.

Первая версия получила название MDM (memory decoding model — модель декодирования памяти). Она имитирует паттерны электрической активности в гиппокампе, которые возникают естественным образом при успешном формировании воспоминаний. Модель MDM берет среднее значение для каждого добровольца и воспроизводит этот паттерн при помощи электрической стимуляции.

Второй протез — MIMO (multi-input, multi-output — многоканальная обработка), более точно имитирует работу гиппокампа. В здоровом гиппокампе электрическая активность перетекает из одного слоя в другой, прежде чем распространиться на другие области мозга. Модель MIMO изучает схему электрических входов и выходов, которые соответствуют кодированию в памяти, а затем имитируют их.

Уникальные результаты

Чтобы проверить модели, Хэмпсон и его коллеги попросили добровольцев принять участие в двух тестах, оценивающих краткосрочную и долгосрочную память.

Добровольцы дважды проходили оба раунда тестов — один раз для записи из гиппокампа и один — для стимуляции паттернов. Хэмпсон рассказывает, что у каждого человека они были уникальными.

По итогам «протез памяти» улучшил результаты в тестах на запоминание. Баллы были значительно выше, если добровольцы получали правильную схему стимуляции при первой демонстрации изображений. Таким образом, говорят исследователи, это свидетельствует, что протез помогает кодировать воспоминания.

До сих пор врачи и ученые добились определенного успеха в лечении таких расстройств, как болезнь Паркинсона, просто воздействуя на одну и ту же область мозга у всех людей.

Более точная модель MIMO в среднем показала еще лучшие результаты. Самые значительные улучшения были замечены у людей, у которых в начале эксперимента отмечалась худшая производительность памяти.

Всем добровольцам удалили электроды в течение пары недель, как только их врачи завершили расследование их эпилепсии. Но Сонг надеется, что улучшения в их воспоминаниях будут длительными.

Восстановление памяти

Сонг, Хэмпсон и их коллеги, опубликовавшие свои результаты в июле в журнале Frontiers in Human Neuroscience, надеются, что однажды протез можно будет широко использовать для пациентов с нарушениями памяти.

«Пациенты с черепно-мозговой травмой были бы первыми [кандидатами]», — говорит Сонг. Такие травмы, как правило, затрагивают определенные области мозга. Работать с повреждением гиппокампа легче, чем с дегенеративными заболеваниями вроде болезни Альцгеймера, которые, как правило, распространяются на несколько участков мозга.

Электроды, использованные в исследовании, имеют ширину около миллиметра. Чтобы достичь гиппокампа, их имплантировали достаточно глубоко в мозг — примерно на 10 см в глубину.

Читайте по теме:

В США создали устройство, которое озвучивает мысли человека

Электростимуляция мозга привела к улучшению памяти у пожилых людей

По словам Сонга, пока модель довольно примитивна по современным исследовательским стандартам и способна регистрировать только от 40 до 100 нейронов, а для протеза, предназначенного для лечения нарушений памяти, потребуются мозговые электроды с сотнями контактных точек, позволяющие им записывать и стимулировать сотни или тысячи нейронов.

Кроме этого, предстоит выяснить, как протез будет работать в практической жизни. Стоит ли оставлять устройство постоянно включенным? Нужно ли людям запоминать такие жизненные ситуации, как вынос мусора?

Сонг предполагает, что протез можно было бы использовать вместе с каким-то устройством, которое будет определять необходимость в формировании воспоминаний.

Неясно также, должен ли он работать всю ночь. Считается, что когда мы спим, гиппокамп воспроизводит некоторые воспоминания, закодированные в течение дня, чтобы закрепить их в других областях мозга. Пока Сонг и коллеги не оценили, как протез будет влиять на этот механизм.

В любом случае, протез все еще далек от клинического применения, говорит Шапиро.

«Я думаю, что в принципе это может сработать, — говорит он. — Нам предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы поймем достаточно о памяти, чтобы иметь возможность использовать такой подход для замены функции гиппокампа».

Источник.

Фото на обложке: SewCream / Shutterstock