I ricordi sono uno dei risultati più sorprendenti, sorprendenti e, allo stesso tempo, poco studiati del lavoro dei meccanismi neurofisiologici del nostro corpo. Dopotutto, in qualche modo la combinazione del lavoro di minuscole sinapsi nel nostro cervello e l'attivazione dei neuroni che le usano consente alle immagini di quelle cose che ricordiamo di apparire nella nostra testa. La somma di tutti i nostri ricordi ci rende ciò che siamo. Sono noi a tutti gli effetti. Senza di loro, smetteremmo di essere chi siamo.
In uno degli episodi della serie di fantascienza britannica "Black Mirror" (che non ha guardato - lo consiglio vivamente), che racconta il nostro possibile futuro distopico, è stato detto di un minuscolo dispositivo che viene impiantato dietro l'orecchio di una persona e gli dà la capacità non solo di richiamarne rapidamente alcuni un momento del passato, ma anche "riproduci" questo momento nella tua testa con dettagli incredibilmente chiari, come un film sullo schermo davanti ai tuoi occhi.
Theodore Berger, un ingegnere biomedico presso la University of Southern California, non promette questo livello di ritorno ai ricordi (che è forse il migliore), ma ha lavorato a lungo su impianti di memoria simili. Il dispositivo, impiantato direttamente nel cervello, grazie ad uno speciale metodo di stimolazione elettrica di una parte del cervello, è in grado di imitare le funzioni dell'ippocampo, permettendo la formazione di ricordi. I test delle prime modifiche di tale dispositivo sono stati effettuati su topi e scimmie di laboratorio. Secondo lo scienziato, è ora di iniziare a testare un dispositivo del genere sugli esseri umani.
Il dispositivo di Berger si basa sulla teoria di come l'ippocampo trasforma i ricordi a breve termine (come dove metti le chiavi) in memoria a lungo termine (puoi ricordare in seguito dove le hai messe). Lo scienziato ha condotto i suoi primi esperimenti sui conigli: prima ha riprodotto un certo suono, quindi ha soffiato sui loro volti, costringendoli a battere le palpebre. Presto notò che dopo aver sentito il suono, i conigli avrebbero iniziato a sbattere le palpebre anche senza essere esposti alla corrente d'aria. Berger ha deciso di registrare l'attività dell'ippocampo in quel momento utilizzando un encefalogramma (ha collegato gli elettrodi che leggono l'attività cerebrale alla testa del coniglio) e ha scoperto che i conigli hanno imparato ad associare il suono del suono con l'ulteriore effetto del flusso d'aria su di loro. L'immagine dell'encefalogramma ha mostratoche i segnali nell'ippocampo in questo momento cambiano in modo del tutto prevedibile.
"Attraverso l'addestramento, l'ippocampo è stato attivamente coinvolto nella modifica dei circuiti degli impulsi (segnali)", commenta Gregory Clarke, ex studente Berger e professore di ingegneria biomedica presso l'Università dello Utah (USA).
Lo stesso Berger diede a questo schema di impulsi applicati il nome di "codice spazio-temporale". E questo codice è determinato da quali neuroni nel cervello prendono parte alla trasmissione del segnale e quando si verifica esattamente questa trasmissione.
“La trasmissione del codice spazio-temporale attraverso i diversi strati dell'ippocampo nel tempo lo trasforma in un diverso codice spazio-temporale. Non sappiamo ancora perché, ma quando lo fa, il codice tempo-spazio risultante è ciò che il resto del cervello può percepire come memoria a lungo termine , spiega Berger.
Il codice in uscita è una memoria che il resto del cervello utilizza come segnale leggibile e comprensibile. Nel caso dei conigli, li fa sbattere le palpebre dopo aver sentito un certo suono. Secondo Berger, è stato in grado di derivare un modello matematico che, in generale, è una regola di comportamento per l'ippocampo, che viene utilizzato per convertire i ricordi a breve termine in quelli a lungo termine.
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Con questa regola generale in mano, ha creato un ippocampo artificiale per topi da laboratorio. In primo luogo ha insegnato ai roditori a svolgere compiti orientati alla memoria. Ha insegnato ai roditori a premere una delle due piccole leve adiacenti, e poi li ha irritati con una luce direzionale. Dopo un po ', quando il roditore addestrato tornò al compito, Berger gli insegnò a premere un'altra leva, opposta a quella che il topo premeva inizialmente. Quindi, è stato dimostrato che il roditore ricordava ciò che gli veniva richiesto.
Nel corso di queste sessioni di formazione, Berger ei suoi colleghi hanno registrato la distribuzione dei segnali che passano attraverso l'ippocampo dei roditori e hanno notato che i codici spazio-temporali corrispondono alla memoria del compito premendo i bastoncini. Gli scienziati hanno raccolto informazioni sui circuiti di segnale in entrata e in uscita dall'ippocampo e, sulla base di questi dati, hanno sviluppato un modello matematico in grado di prevedere il codice spazio-temporale in uscita corrispondente a quello originariamente in arrivo. Più tardi, quando Berger ha iniettato un farmaco che blocca la memoria in ratti addestrati a spingere le leve, ha usato il suo dispositivo per stimolare elettricamente il cervello con uno schema di impulsi corrispondente al codice spazio-temporale in uscita previsto dal suo modello matematico. L'esperimento si è concluso con un completo successo. I topi stavano premendo le leve giuste.
“I loro cervelli si riferivano al codice corretto come se il codice fosse stato creato da loro stessi. È così che abbiamo imparato a riportare i ricordi al cervello , commenta Berger.
Berger ha anche testato la funzionalità dell'impianto nelle scimmie rhesus, ripristinando la loro capacità di richiamare i ricordi da una porzione della corteccia prefrontale. Quest'area è coinvolta nel lavoro delle funzioni esecutive, ad esempio, l'uso di memorie per risolvere nuovi compiti precedentemente non incontrati. In questo contesto, l'impianto si è anche dimostrato efficace nel migliorare la funzione di memoria delle scimmie.
Ma un impianto simile può essere utilizzato negli esseri umani e funzionerà?
"Tutti questi impianti che interagiscono direttamente con il cervello dovranno affrontare un problema fondamentale", afferma Dustin Tyler, professore di ingegneria presso la Case Western Reserve University.
“Il cervello ha miliardi di neuroni e trilioni di connessioni interneuronali (sinapsi) che consentono loro di lavorare insieme. Pertanto, cercare di trovare una tecnologia che possa interagire direttamente con così tanti neuroni e combinarli per lavorare a un livello ragionevolmente alto è estremamente difficile.
Se gli impianti cocleari che simulano una serie di frequenze sonore stimolando il nervo uditivo attraverso un paio di dozzine di elettrodi non riescono a simulare perfettamente il suono, allora cosa possiamo dire di un sistema così complesso come la memoria? Devi capire che al livello attuale di metodi e tecnologie, utilizzando tutti questi elettrodi, gli scienziati sono ancora molto lontani dalla reale possibilità di modellare i ricordi. Tuttavia, questo non ha impedito alla nuova startup, Kernel, di contattare Berger, assumerlo, nominarlo a capo del suo dipartimento di ricerca e finanziare la sua ricerca.
L'obiettivo iniziale di Kernel era quello di portare sul mercato gli impianti Berger come dispositivi medici che possono aiutare le persone con vari problemi di memoria. Berger sta attualmente conducendo studi clinici del suo impianto su volontari e riferisce che i pazienti si comportano bene nei test di memoria. Idealmente, tuttavia, secondo il CEO di Kernel Brian Johnson, Kernel vuole sviluppare dispositivi che, attraverso un intervento chirurgico semplice e sicuro, possano essere impiantati nel cervello umano e migliorare l'intelligenza umana in aree come attenzione, creatività e concentrazione.
Naturalmente, un tale risultato diventerà un nuovo campo di attività per varie autorità di regolamentazione e oggetto di molte controversie e domande: questi dispositivi sono medici o consumatori ordinari? E dobbiamo regolare la loro distribuzione? Dal punto di vista delle organizzazioni sanitarie, tali dispositivi, se, tra le altre cose, sono dotati della capacità di diagnosticare o curare malattie o influenzare la struttura e il funzionamento delle funzioni corporee, molto probabilmente saranno davvero considerati medici. Tuttavia, gli impianti sottocutanei in grado di migliorare la concentrazione o la creatività di una persona saranno probabilmente in grado di sfuggire a una stretta supervisione normativa e saranno visti come gli stessi integratori alimentari regolari che stimolano il nostro cervello.
Lo stesso Johnson non ha commentato in quale direzione lavorerà la sua azienda Kernel e che tipo di dispositivi intende produrre alla fine. Molto probabilmente, tutto dipenderà dallo specifico impianto individuale, dalle sue funzioni, portata e potenziali effetti collaterali. Ovviamente ogni dispositivo medico, come ogni medicinale, ha i suoi effetti collaterali. Per ora, possiamo solo aspettare e sperare che questi effetti collaterali abbiano un lato positivo, e non diventino un'altra fonte di ispirazione per il nuovo agghiacciante episodio della serie "Black Mirror".
NIKOLAY KHIZHNYAK
