ΘΑ ΕΥΧΟΣΑΣΤΑΝ ΠΟΤΕ ΝΑ ΜΠΟΡΟΥΣΑΤΕ ΝΑ ΚΑΝΕΤΕ ΚΑΛΥΤΕΡΕΣ ΕΠΙΛΟΓΕΣ??? ΤΑ ΝΕΥΡΙΚΑ ΜΟΣΧΕΥΜΑΤΑ ΕΙΝΑΙ ΕΔΩ

Θα ευχοσασταν ποτε να  μπορούσατε να κάνετε καλύτερες επιλογές;

 Αυτό θα μπορούσε μια μέρα να είναι δυνατο χάρη σε ένα ηλεκτρονικό εμφύτευμα στον εγκέφαλο που μπορεί να ενισχύσει τη βραχυπρόθεσμη μνήμη και τη λήψη αποφάσεων στα πρωτεύοντα θηλαστικά. Το εμφύτευμα μπορεί να αποκαταστήσει επίσης αυτές τις λειτουργίες σε ένα ζωικό μοντέλο της νόσου του Alzheimer και άλλες μορφές  βλαβων του εγκεφαλου, προετοιμάζοντας τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων θεραπειών για άτομα με αυτές τις παθήσεις.


Ο Sam Deadwyler στο Wake Forest University School of Medicine στο Winston-Salem, Βόρεια Καρολίνα, και οι συνεργάτες του έχουν ήδη δείξει ότι ένα νευρικό εμφύτευμα μπορεί να αποκαταστήσει κινητικές και αισθητικές λειτουργίες σε αρουραίους. Τώρα έχουν χρησιμοποιήσει ενα παρόμοιο εμφύτευμα για την τόνωση του μηχανισμου της σκέψης σε πιθήκους ανεβαζοντας την σε  υψηλότερο επίπεδο.

Κατά την κανονική λειτουργία του εγκεφάλου, οι νευρώνες "φωτιά"  λαμβάνουν είσοδο από άλλο νευρώνα μέσω της σύνδεσης μεταξύ τους, που ονομάζεται συναψη. Η χωρική και χρονική αποτυπωση αυτής της δραστηριότητας  μπορεί να ανιχνευθεί και να καταγραφεί.

Για να μάθουν αν είναι δυνατόν να επισκιάσουν και στη συνέχεια να συντονίσουν  εκ νέου αυτά τα πρότυπα της δραστηριότητας, η ομάδα Deadwyler πρωτα εκπαιδευσε πέντε μαιμου  μακάκους  να εκτελέσουν μια εργασία ωστε να ελεξουν την προσοχή τους, οπως επισης την βραχυπρόθεσμη μνήμη και τις δεξιότητες τους στη  λήψη  αποφάσεων.

Πρώτον, οι πίθηκοι ειδαν μια τυχαία εικόνα από ένα σύνολο 5000. Η εικόνα αυτη στη συνέχεια απαλειφθηκε για ένα διάστημα από 1 έως 90 δευτερόλεπτα, προτού επανεμφανίστει σε μία διαφορετική θέση, παράλληλα με έως και επτά άλλες εικόνες.  Η μαϊμού που επελεξε την αρχική εικόνα μόλις επανεμφανίστηκε βραβεύτηκε με το χυμό.

Μετά από δύο χρόνια εκπαίδευσης, οι πίθηκοι  ταιριαξαν σωστα τις εικόνες στο 75 τοις εκατό του χρόνου   - όταν η εικόνα εσβηνε για ένα σύντομο χρονικό διάστημα, και λιγότερες εικόνες εμφανίζονταν όταν επανεμφανιζονταν.Το ποσοστό επιτυχίας τους μειώθηκε στο 40 τοις εκατό σε εργασίες με  μεγαλύτερο διάστημα και  μέγιστο ποσό εικόνων για να διαλέξουν.

Τα ζώα είχαν τότε μια συσκευή που μπορεί να καταγράφει  την τόνωση της νευρωνικής δραστηριότητας και η οποια  εμφυτεύεται στο προμετωπιαίο φλοιό τους, μια περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για πολλές πτυχές της νοημοσύνης. Συγκεκριμένα, το εμφύτευμα ήταν σε θέση να καταγράψει νευρωνική επικοινωνία στα λεγόμενα υπερ-κοκκώδη στρώματα (στρώματα 2/3), μέρος των έξι στρωματων που συνθέτουν αυτό το τμήμα του φλοιού, και τα δύο από τα ρεκόρ και να διεγείρουν τους νευρώνες στο στρώμα 5 (βλέπε διάγραμμα). Επίπεδα 2/3 και 5 είναι γύρω στο 1350 μικρομέτρων,  και διαφέρουν σε κυρίαρχο κυτταρικό τύπο και τη συνδεσμολογία τους.



Η πρόκληση έγκειται στην επεξεργασία που τα πρότυπα της δραστηριότητας θα πρέπει να προκαλουν , προκειμένου να βελτιώσουν την απόδοση των πιθήκων »στο έργο. Για να γίνει αυτό, η ομάδα κατέγραψε νευρωνική δραστηριότητα, τη στιγμη που τα  ζώα  εκτελουσαν την ασκηση.  Στη συνέχεια ανέλυσαν την δραστηριότητα μέσα και έξω από τα διάφορα στρώματα και δημιουργηθηκαν μοτίβα της νευρωνικής πυροδότησης που συσχετίζεται με σωστές και λανθασμένες αποφάσεις.

Η ομάδα ήταν τότε σε θέση να ενισχύσει τη διαδικασια λήψης αποφάσεων των ζώων , διασφαλίζοντας ότι το εμφύτευμα <κλωτσουσε> κάθε φορά που η νευρωνική δραστηριότητα σε στρώματα 2/3 έμοιαζε με αυτή που παρατηρείται όταν μια λανθασμένη απόφαση λαμβανεται. Όταν το έκανε, το εμφύτευμα τόνωσε ένα σχέδιο δράσης σε επίπεδο 5, που κατεγραψε την αναπαραχθησα  δραστηριότητα  όταν  λαμβανε μερος μια σωστή απόφαση .

Το εμφύτευμα ήταν σε θέση να βελτιώσει τις μέσες επιδόσεις  από 10 έως 20 τοις εκατό. Στις πιο δύσκολες εκδόσεις του έργου - όπως όταν η αρχική εικόνα επανεμφανιζοταν μαζί με πολλές άλλες εικόνες - οι πίθηκοι, επίσης, αύξησαν σημαντικά την ταχύτητά τους, λαμβάνοντας 2 αντί για 3 δευτερόλεπτα για να εντοπίσουν σωστά την εικόνα.

Η ερευνητική ομάδα  κατοπιν εξέτασε την ικανότητα του μοσχεύματος για την αποκατάσταση της γνωστικής λειτουργίας σε πιθήκους στους οποιους ειχε χορηγηθει κοκαΐνη. Το φάρμακο αυτο συνήθως χρησιμοποιείται σε ζώα για να μοντελοποιήσει την απώλεια των συναπτικών συνδέσεων που παρατηρουνται στην άνοια, Alzheimer και άλλους τύπους βλάβης εγκεφάλου.



Χωρίς διέγερση από το εμφύτευμα, η απόδοση των πιθήκων »μειώθηκε κατά 10 τοις εκατό σε όλα τα επίπεδα δυσκολίας. Όταν το εμφύτευμα ήταν ενεργοποιημένο, ωστόσο, οι επιδόσεις τους ενισχύθηκαν σε λιγο κάτω από τα επίπεδα που παρατηρήθηκαν σε πιθήκους που δεν είχε χορηγηθει κοκαΐνη ή ένα εμφύτευμα.

«Είναι ένα υπέροχο κομμάτι της εργασίας», λέει ο Ντάνιελ Chew στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Προτείνει ότι, δεδομένου ότι το εμφύτευμα μειώνει τον αριθμό των λανθασμένων απαντήσεων μπορεί να υπάρχει ακόμη μεγαλύτερο βαθμό βελτίωσης σε πιο δύσκολο έργο.

Ο Simon Schultz στο Imperial College του Λονδίνου, συμφωνεί ότι πρόκειται για μια εντυπωσιακή μελέτη, αλλά λέει ότι δεν είναι σαφές τι ακριβώς συμβαίνει. Κατανοούμε τον κινητήριες και αισθητικές περιοχές αρκετά καλά, λέει, αλλά εμείς ακόμα δεν γνωρίζουμε πώς λειτουργεί ο φλοιός. 

Στη μελέτη, τα πρότυπα δραστηριότητας που χρησιμοποιηθηκαν για να διεγείρουν μια σωστή απάντηση ήταν ειδικα για κάθε πίθηκο. Θα ήταν δυνατό να χρησιμοποιηθει ένα μοτίβο που λαμβάνεται από ένα υψηλής απόδοσης άτομο και να  χρησιμοποιηθει για να αυξήσει το παιχνίδι των άλλων; Σύμφωνα με το μέλος της ομάδας Robert Hampson, η ληψη  σε ένα πίθηκο ενος «σωστου» μοτίβο  δραστηριότητας   δεν λειτούργησε, και μάλιστα στην πραγματικοτητα ειχε  μειωμένη απόδοση, όπως ακριβώς οταν εκτελουσε  κωδικοποιημένα μοτίβα.

Για να εφαρμοσθει αυτήν η τεχνολογία για τα άτομα με παθήσεις όπως η νόσος του Alzheimer, ο περιορισμοι αυτοι θα πρέπει να ξεπεραστούν, είτε με την εκμάθηση πολυ περισσότερων για το πώς ένα σωστό πρότυπο διαμορφώνεται από τις εισροές σε κάθε περιοχή, ή  με την εγγραφή υγιής εγκεφαλικής δραστηριότητας πριν  ένα άτομο αναπτύξει τα συμπτώματα  εγκεφαλικης ζημιας.

Ένα περαιτέρω πρόβλημα είναι η διεισδυτική φύση των εμφυτευμάτων. "Προκαλεί πολύ οξεία φλεγμονή και ουλές», λέει ο Μάσα. Αυτό μπορεί να σκοτώσει τους νευρώνες γύρω από το εμφύτευμα,να προκαλεσει μόνωση των ηλεκτροδίων , μειώνοντας την αποτελεσματικότητά τους. Ο Chew και οι συνεργάτες του προσπαθούν να δημιουργήσουν βιολογικά συμβατα ηλεκτρόδια ωστε να μειωσουν  αυτό το πρόβλημα.

Μία άλλη δυνατότητα είναι παρακάμπτοντας την ανάγκη για ένα εμφύτευμα εντελώς. Οι Deadwyler και Hampson ωστοσο επισημαίνουν ότι η διακρανιακή διέγερση και απεικόνιση - η ικανότητα να απεικονίσει και να τονωθεί η δραστηριότητα στον εγκέφαλο μη επεμβατικά - προχωρεί γρήγορα και ότι μπορεί μια μέρα να είναι δυνατό να προσαρμόσει την προσέγγισή τους να εργαστούν έξω από το κρανίο.

Οι δυο επιστημονες πιστεύουν ότι οι ανθρώπινες δοκιμές του εμφυτεύματος είναι πολυ κοντα από τη στιγμη που το ίδιο υλικό έχει ήδη εγκριθεί από την αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων για χρήση σε άτομα με νόσο του Πάρκινσον. "[Οι Ανθρωπινες δοκιμές] δεν μπορεί να είναι πάρα πολύ μακριά , λέει ο Deadwyler.


Αυτη είναι μεγάλη είδηση για τους ανθρώπους με επιδείνωση του εγκεφάλου - οι πιθανοι πρώτοι συμμετέχοντες σε μια τέτοια δοκιμή. Αλλά εκτός από τη θεραπευτική αγωγή, οι δυνατότητες είναι ατελείωτες. Φανταστείτε ένα εμφύτευμα στον οπτικό φλοιό σας, λέει ο Schultz. Αυτό, αναφέρει, θα καταστήσει δυνατή την αναγνώριση του προτύπου της δραστηριότητας που συμβαίνει όταν  έχετε φανταστεί έναν αριθμό. Όταν αυτό το μοτίβο αναγνωριστει από το εμφύτευμα θα μπορει να τονώσει το μοτίβο για ένα νέο αριθμό για σας στην εικόνα. Θεωρητικά, ενα τέτοιο εμφύτευμα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει εναν ασφαλή κωδικό για ένα κρυπτογραφικό κλειδί που βασίζεται σε αξίες και στο οποιο μόνο εσεις μπορείτε να έχετε πρόσβαση.

Το πρόβλημα με την ανάπτυξη μιας πρόθεσης για τη γνωστική ενίσχυση και όχι  αποκατάσταση είναι ότι είναι πιο δύσκολο να δικαιολογήσει τις δοκιμές. Αλλά, όπως ο Schultz λεει χαριτολογωντας, "γιατί να σταματήσουμε στην επισκευή, όταν μπορουμε να ενισχύσουμε καθώς και;" Είναι μια ωραία ιδέα, αλλά τα ηθικά εμπόδια σημαίνουν ότι η ανάπτυξη μιας πρόθεσης για τη γνωστική ενίσχυση και όχι η αποκατάσταση δεν μπορει επί του παρόντος να δικαιολογηθεί, λέει. Προς το παρόν, τουλάχιστον, το επίκεντρο θα είναι σωστά σχετικά με τους τρόπους της αποκαταστασης της χαμένης λειτουργίας σε άτομα με εγκεφαλική βλάβη. Και αυτό είναι σίγουρα μια καλή απόφαση.

Εφημερίδα αναφοράς: Journal of Neural Engineering, doi.org / jcx

ΠΗΓΗ
ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΤΟ ΕΝΑΤΟ ΚΥΜΑ