Spomini so eden najbolj neverjetnih, neverjetnih in hkrati malo preučenih rezultatov dela nevrofizioloških mehanizmov našega telesa. Navsezadnje kombinacija dela drobnih sinaps v naših možganih in aktiviranje nevronov z njimi omogoča, da se v glavi pojavijo slike tistih stvari, ki se jih spomnimo. Seštevek vseh naših spominov nas naredi, kdo smo. V vseh pogledih smo mi. Brez njih ne bi več bili to, kar smo.
V eni od epizod britanske znanstvenofantastične serije "Črno ogledalo" (ki je še ni gledal, toplo priporočam), ki pripoveduje o naši možni distopijski prihodnosti, je bilo rečeno o drobni napravi, ki jo vsadijo človeku na uho in mu omogoči, da ne more hitro samo spomniti nekaterih trenutek iz preteklosti, a tudi ta trenutek "igrajte" v svoji glavi v neverjetno jasnih podrobnostih, kot je film na zaslonu pred vašimi očmi.
Theodore Berger, biomedicinski inženir na univerzi v Južni Kaliforniji, ne obljublja te stopnje odpoklica (kar je morda najboljše), vendar se na podobnih spominskih vsadkih ukvarja že dlje časa. Naprava, vsadjena neposredno v možgane, zahvaljujoč posebni metodi električne stimulacije dela možganov, lahko posnema funkcije hipokampusa, kar omogoča oblikovanje spominov. Testi prvih modifikacij take naprave so bili izvedeni na laboratorijskih miših in opicah. Po mnenju znanstvenika je čas, da začnemo s preskušanjem takšne naprave na ljudeh.
Bergerjeva naprava temelji na teoriji, kako hipokampus pretvori kratkoročne spomine (na primer kam vstavite ključe) v dolgoročni spomin (pozneje se lahko spomnite, kam ste jih postavili). Znanstvenik je izvedel svoje zgodnje poskuse na zajcih: najprej je zaigral določen zvok, nato pa pihal v njihove obraze, kar jih je prisililo, da so utripali. Kmalu je ugotovil, da bodo zajci zaceli, potem ko bodo zaslišali zvok, tudi utripati, ne da bi bili izpostavljeni zračnemu toku. Berger se je odločil, da je v tem trenutku posnel aktivnost hipokampusa z encefalogramom (povezal je elektrode, ki berejo možgansko aktivnost, na glavo zajca) in ugotovil, da so se kunci naučili povezovati zvok z nadaljnjim vplivom pretoka zraka na njih. Slika encefalograma je pokazalada se signali v hipokampusu v tem trenutku spremenijo na povsem predvidljiv način.
"Hipokampus se je s treningom začel aktivno vključevati v spreminjanje kroga impulzov (signalov)," komentira Gregory Clarke, nekdanji študent Bergerja in profesor biomedicinskega inženiringa na Univerzi v Utahu (ZDA).
Berger je tej shemi uporabljenih impulzov dal ime "prostorsko-časovna koda". In ta koda določa, kateri nevroni v možganih sodelujejo pri prenosu signala in kdaj točno pride do tega prenosa.
»Prenos prostorsko-časovne kode skozi različne plasti hipokampusa ga sčasoma spremeni v drugo prostorsko-časovno kodo. Še ne vemo, zakaj, toda ko to stori, je nastala časovno-prostorska koda tisto, kar preostali možgani lahko dojemajo kot dolgoročni spomin, razloži Berger.
Odhodna koda je spomin, ki ga preostali možgani uporabljajo kot berljiv in razumljiv signal. Pri zajcih jih naredi, da zaslišijo določen zvok. Po Bergerjevih besedah je znal izpeljati matematični model, ki je na splošno pravilo za vedenje hipokampusa, ki se uporablja za pretvorbo kratkoročnih spominov v dolgoročne.
Promocijski video:
S tem splošnim pravilom v roki je ustvaril umetni hipokampus za laboratorijske podgane. Najprej je naučil glodalce izvajati naloge, usmerjene v spomin. Glodalce je naučil pritiskati na enega od dveh sosednjih majhnih ročic, nato pa jih dražil s smerno lučjo. Čez čas, ko se je usposobljeni glodalec vrnil k nalogi, ga je Berger naučil pritisniti na drugo ročico, nasprotno od tiste, ki jo je podgana pritiskala sprva. Tako je bilo dokazano, da se glodalec spomni, kaj se zahteva od njega.
Med temi treningi sta Berger in njegovi sodelavci posneli porazdelitev signalov, ki so šli skozi hipokampus glodavcev, in opazili, da prostor-časovne kode ustrezajo spominu naloge s pritiskom na palice. Znanstveniki so zbrali podatke o signalnih tokokrogih, ki vstopajo v hipokampus in izstopajo iz njega, in na podlagi teh podatkov razvili matematični model, ki bi lahko predvidel odhodno prostorsko-časovno kodo, ki ustreza prvotno prihajajoči. Kasneje, ko je Berger v podgane vtaknil zdravilo, ki zavira spomin, usposobljeno za potiskanje ročic, je s svojo napravo električno spodbudil možgane z vzorcem impulzov, ki ustrezajo odhajajočemu prostorsko-časovnemu zapisu, ki ga predvideva njegov matematični model. Eksperiment se je končal v popolnem uspehu. Podgane so pritiskale na desne ročice.
Njihovi možgani so se sklicevali na pravilno kodo, kot da bi jo kodo ustvarili sami. Tako smo se naučili vračati spomine v možgane, «komentira Berger.
Berger je tudi preizkusil funkcionalnost vsadka pri opicah rezus in jim povrnil sposobnost priklica spominov z dela predfrontalne skorje. To področje je vključeno v delo izvršilnih funkcij, na primer uporaba spominov za reševanje novih, prej naletih opravil. V tem kontekstu se je pokazalo, da je vsadek učinkovit tudi pri izboljšanju spominske funkcije opic.
A se lahko podoben vsadek uporabi tudi pri ljudeh in bo deloval?
"Vsi ti vsadki, ki neposredno sodelujejo z možgani, se bodo morali spoprijeti z eno temeljno težavo," pravi Dustin Tyler, profesor inženirstva na Univerzi Case Western Reserve.
"Možgani imajo na milijarde nevronov in bilijone medvrevronskih povezav (sinapse), ki jim omogočajo skupno delovanje. Zato je poskus najti tehnologijo, ki bi lahko neposredno vplivala na toliko nevronov in jih združila, da bi delovali na razmeroma visoki ravni, izjemno težko."
Če kohlearni vsadki, ki simulirajo niz zvočnih frekvenc s stimulacijo slušnega živca skozi nekaj deset elektrode, ne morejo na koncu popolnoma simulirati zvoka, kaj potem lahko rečemo o tako zapletenem sistemu, kot je spomin? Morate razumeti, da so znanstveniki na sedanji ravni metod in tehnologij z uporabo vseh teh elektrod še vedno zelo daleč od resnične možnosti modeliranja spominov. Vendar to ni ustanovilo novega startupa, Kernel, da je navezal stike z Bergerjem in ga najel, postavil ga je za vodjo njegovega raziskovalnega oddelka in financiral njegove raziskave.
Kernelov prvotni cilj je bil, da se Bergerji vsadijo na trg kot medicinski pripomočki, ki lahko pomagajo ljudem pri različnih težavah s spominom. Berger trenutno izvaja klinične preskuse svojega vsadka na prostovoljcih in poroča, da bolniki dobro delujejo na testih spomina. V idealnem primeru pa želi, po besedah izvršnega direktorja Kernela Briana Johnsona, Kernel razviti naprave, ki jih lahko s preprostim in varnim operativnim posegom vsadijo v človeške možgane in izboljšajo človeško inteligenco na področjih, kot so pozornost, ustvarjalnost in osredotočenost.
Seveda bo tak rezultat postal novo področje delovanja za različne regulativne organe in predmet številnih sporov in vprašanj: ali so ti pripomočki medicinski ali običajni potrošniki? In moramo urediti njihovo distribucijo? Z vidika zdravstvenih organizacij se takšni pripomočki, če so med drugim obdarjeni z možnostjo diagnosticiranja ali zdravljenja bolezni ali vplivajo na strukturo in delovanje telesnih funkcij, verjetno štejejo za medicinske. Toda podkožni vsadki, ki lahko povečajo koncentracijo ali ustvarjalnost osebe, se bodo verjetno izognili strogemu regulativnemu nadzoru in bodo obravnavani kot enaka običajna prehranska dopolnila, ki spodbujajo naše možgane.
Sam Johnson ni komentiral, v kateri smeri bo delalo njegovo podjetje Kernel in kakšne naprave namerava na koncu proizvesti. Najverjetneje bo vse odvisno od specifičnega posameznega vsadka, njegovih funkcij, obsega in potencialnih stranskih učinkov. Seveda ima vsak medicinski pripomoček, tako kot vsako zdravilo, svoje stranske učinke. Za zdaj lahko le čakamo in upamo, da bodo imeli ti stranski učinki pozitivno plat in ne bodo postali še en navdih za novo ohlajajočo epizodo serije "Črno ogledalo".
NIKOLAY HIZHNYAK