Återta förlorad hjärnfunktion

Hur gör man en elektronisk hjärnprotes som kan återställa en persons förmåga att bilda långtidsminnen? Nyligen genomförda experiment av Theodore Berger och hans kollegor, inklusive Sam Deadwyler vid Wake Forest Baptist Medical Center i Winston-Salem, North Carolina, och forskare vid University of Kentucky i Lexington, har börjat beskriva hur det kan göras.

Förra året visade teamet att ett implantat som registrerar aktiviteten hos en uppsättning neuroner och styr aktiviteten hos en annan kan ersätta förlorad hjärnfunktion hos apor. Forskarna använde en rad elektroder för att mäta den elektriska aktiviteten hos neuroner i djurens prefrontala cortex, en hjärnregion som är involverad i beslutsfattande som styr många typer av kognitiva svar associerade med minne. Fem apor tränades för att utföra en minnesuppgift där de visades en bild på en skärm och sedan var tvungna att använda handrörelser för att styra en markör till den bilden när de sedan visades en samling clipart-bilder.

Apornas neurala aktivitet registrerades av en liten keramisk innesluten elektronisk enhet och vidarebefordrades till en extern dator. I den första delen av experimentet analyserade forskarna hjärnaktiviteten som de hade registrerat från cortex. Men så kom det svåra. Minne bildas när en uppsättning neuroner bearbetar signalerna från en annan uppsättning, men hur kan du replikera denna bearbetning i en elektronisk enhet? Först måste du ta reda på koden som hjärnan använder. Från de första inspelningarna kunde forskargruppen extrapolera vad som kallas en MIMO-modell - en förkortning för multi-input/multi-output. Denna typ av matematisk modell kan karakterisera de neurala avfyrningsmönstren som upptäcks av elektrodimplantatet och efter bearbetning av mönstren spotta ut signalerna som instruerar andra neuroner att bilda lämpligt minne.

För att visa att deras modell fungerade gav forskarna aporna kokain. De kokaintillsatta aporna hade problem med att komma ihåg rätt bild. Men med implantatet på plats och MIMO-modellen som översätter de inkommande signalerna och matar tillbaka data till en annan uppsättning neuroner, kunde de plocka ut rätt bild ungefär lika tillförlitligt som vanligt, om inte något mer.

Men hur skulle en läkare kunna ersätta en hjärnfunktion, som förmågan att bilda långtidsminnen, som någon redan förlorat? I så fall skulle det inte vara möjligt att helt enkelt härma ett tidigare exempel på hur individens hjärna fungerade och duplicera den i den elektroniska enheten. Men preliminärt arbete tyder på att en inspelning från en frisk persons hjärna kan användas för skadade eller sjuka. Vi har spelat in från ett antal gnagare och kunde härleda en generisk modell för vissa typer av bearbetning, säger Deadwyler. Forskargruppen kommer att behöva se om samma regler gäller för primater. Om de gör det kan det betyda att en MIMO-modell kan användas för att bilda ett generiskt mönster som skulle likna den typ av bearbetning de flesta av oss gör med avseende på vissa typer av uppgifter, säger Deadwyler.

Dölj