Bộ Chân Thay Não Tăng Cường Di Chuyển Từ Chuột Lên Người

Hình dáng trên màn hình chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn - đủ để người thử nghiệm ghi nhớ. Đồng thời, một tín hiệu điện trải qua ranh giới xương của sọ, đi xuống qua một lớp mảng xám ấm áp đến một đám điện cực gần trung tâm não. Zap zap zap, chúng di chuyển theo một mẫu xung điện tử được xắp xếp cẩn thận. Hình ảnh biến mất khỏi màn hình. Một phút sau, nó xuất hiện lại, lần này bên cạnh một số hình ảnh trừu tượng khác. Người thử nghiệm dừng lại, nhận ra hình dạng, sau đó chỉ vào nó bằng ngón tay.

Điều cô ấy đang làm đáng chú ý, không phải vì cô ấy nhớ những gì, mà là vì cách cô ấy nhớ. Trung bình, cô ấy và bảy thí nghiệm khác thực hiện tốt hơn 37% trong trò chơi trí nhớ với những xung điện não hơn là không có - biến họ trở thành những con người đầu tiên trên Trái Đất trải nghiệm những lợi ích tăng cường trí nhớ của một bộ thay thế thần kinh được tinh chỉnh.

Nếu bạn muốn trở nên kỹ thuật, bộ tăng trí óc cụ thể trong câu chuyện là một “thay thế thần kinh não hốc đáy lợn đất đóng.” Thay thế thần kinh vì tín hiệu đi qua giữa não của mỗi bệnh nhân và máy tính mà nó đính kèm đều đang di chuyển đi lại gần thời gian thực. Hốc đáy lợn đất vì những tín hiệu đó bắt đầu và kết thúc bên trong hốc đáy lợn đất của bệnh nhân, một khu vực hình ngựa biển quan trọng đối với việc hình thành ký ức. "Chúng tôi đang nghiên cứu cách các tế bào thần kinh trong khu vực này bắn khi ký ức được mã hóa và chuẩn bị để lưu trữ," nói Robert Hampson, một nhà thần kinh học tại Trung tâm Y học Wake Forest Baptist và tác giả chính của bài báo mô tả thí nghiệm trong số mới nhất của Tạp chí Kỹ thuật Não.

Bằng cách phân biệt các mẫu liên quan đến những ký ức được mã hóa thành công so với những mẫu không thành công, ông và đồng nghiệp đã phát triển một hệ thống cải thiện hiệu suất của đối tượng thử nghiệm trong các nhiệm vụ trí nhớ hình ảnh. "Những gì chúng tôi đã làm được là xác định điều gì tạo nên một mẫu đúng, điều gì tạo nên một mẫu sai, và sử dụng kích thích điện ở mức microvolt để củng cố những mẫu đúng. Điều đó đã dẫn đến việc cải thiện khả năng gọi lại ký ức trong các bài kiểm tra về ký ức episodic." Dịch: Họ đã cải thiện trí nhớ ngắn hạn bằng cách kích thích não bệnh nhân với các mẫu điện được cá nhân hóa.

Ngày nay, bộ chân thử nghiệm của họ sống bên ngoài đầu bệnh nhân và kết nối với não qua dây cáp. Nhưng trong tương lai, Hampson hy vọng, bác sĩ phẫu thuật có thể cấy một thiết bị tương tự hoàn toàn trong sọ người, giống như một bộ điều nhịp thần kinh. Nó có thể tăng cường tất cả các chức năng não không chỉ ở những người mắc bệnh sa dementia và chấn thương não, mà còn ở những người khỏe mạnh.

Nếu khả năng có một tương lai neuroprosthetic làm bạn cảm thấy xa xôi, hãy xem xét những gì Hampson đã đạt được. Ông đã nghiên cứu quá trình hình thành ký ức trong hốc đáy lợn đất từ những năm 1980. Sau đó, khoảng hai thập kỷ trước, ông liên kết với kỹ sư thần kinh Theodore Berger của Đại học Nam California, người đã đang nghiên cứu cách mô phỏng hoạt động hốc đáy lợn đất theo cách toán học. Hai người đã hợp tác từ đó. Đầu những năm 2000, họ đã chứng minh tiềm năng của một neuroprosthesis trong các lớp mô não. Năm 2011, họ làm được điều đó trên chuột sống. Vài năm sau, họ thực hiện nó trên khỉ sống. Bây giờ, cuối cùng, họ đã thực hiện nó trên con người.

"Một khía cạnh, điều đó làm cho bộ chân này trở thành kết quả cuối cùng," Hampson nói. "Nhưng ở một khía cạnh khác, đó chỉ là sự bắt đầu. Trí nhớ của con người là quá trình phức tạp, và còn rất nhiều điều để tìm hiểu. Chúng ta chỉ mới ở mép của việc hiểu nó."

Để kiểm tra hệ thống của họ trên các đối tượng con người, các nhà nghiên cứu đã tuyển chọn những người mắc bệnh động kinh; những bệnh nhân này đã được cấy ghim điện cực vào hốc đáy lợn đất để theo dõi hoạt động điện tử liên quan đến cơn co giật. Bằng cách chồng lên trang thiết bị chẩn đoán, Hampson và đồng nghiệp có thể ghi lại, và sau đó gửi, hoạt động điện tử.

Bạn biết đấy, các nhà nghiên cứu không chỉ làm cho não của đối tượng bị kích thích một cách ngẫu nhiên. Họ xác định nơi và khi nào gửi kích thích bằng cách ghi lại hoạt động trong hốc đáy lợn đất khi mỗi đối tượng thử nghiệm thực hiện bài kiểm tra trí nhớ hình ảnh được mô tả ở trên. Đó là một đánh giá về bộ nhớ làm việc - thùng lưu trữ tâm thần ngắn hạn mà bạn sử dụng để lưu trữ, chẳng hạn, một mã xác minh hai yếu tố, chỉ để lấy lại nó sau vài giây.

Trong khi đó, các điện cực đã ghi lại hoạt động não, theo dõi các mẫu bắn tia trong hốc đáy lợn đất khi bệnh nhân đoán đúng và sai. Từ những mẫu đó, Berger, cùng với kỹ sư y sinh học Đại học Nam California Dong Song, tạo ra một mô hình toán học có thể dự đoán cách các tế bào thần kinh trong hốc đáy lợn đất của mỗi đối tượng sẽ bắn tia trong quá trình hình thành ký ức thành công. Và nếu bạn có thể dự đoán hoạt động đó, điều đó có nghĩa là bạn có thể kích thích não để bắt chước quá trình hình thành ký ức đó.

Kích thích hốc đáy lợn đất của bệnh nhân có hiệu quả tương tự đối với việc giữ ký ức lâu dài - như khả năng nhớ nơi bạn đậu xe khi bạn rời cửa hàng tạp hóa. Trong một bài kiểm tra thứ hai, đội ngũ của Hampson giới thiệu một khoảng thời gian trễ từ 30 đến 60 phút giữa việc hiển thị một hình ảnh và yêu cầu các đối tượng lựa chọn nó từ một đám. Trung bình, đối tượng thử nghiệm thực hiện tốt hơn 35% trong các thử nghiệm được kích thích.

Tác động đến các nhà nghiên cứu như một cú sốc. "Chúng tôi không ngạc nhiên khi thấy cải thiện, vì chúng tôi đã thành công trong các nghiên cứu động vật dự kiến của mình. Chúng tôi ngạc nhiên về mức độ cải thiện," Hampson nói. "Chúng tôi có thể thấy, khi chúng tôi đang thử nghiệm trên bệnh nhân, họ đang thực hiện tốt hơn. Nhưng chúng tôi không đánh giá được mức độ cải thiện cho đến khi chúng tôi quay lại và phân tích kết quả."

Kết quả đã làm ấn tượng với các nhà nghiên cứu khác. "Mất ký ức và khả năng mã hóa ký ức mới là tàn khốc - chúng ta là ai chúng ta là do những ký ức chúng ta đã tạo ra suốt cuộc đời," Rob Malenka, một bác sĩ tâm thần và nhà thần kinh học tại Đại học Stanford, không liên quan đến nghiên cứu, nói qua email. Trong tầm nhìn đó, ông nói, "phương pháp nghệ thuật thần kinh rất thú vị này, gần như giống như khoa học viễn tưởng, có giá trị tiềm năng lớn. (Malenka đã thể hiện sự lạc quan thận trọng về nghiên cứu về nghệ thuật thần kinh trong quá khứ, chú ý đến điều làm mới công nghệ từ động vật sang con người sẽ đòi hỏi "một bước nhảy lớn.") Tuy nhiên, ông nói, quan trọng là phải duy trì tinh thần minh bạch. "Loại tiếp cận này chắc chắn đáng được theo đuổi mạnh mẽ, nhưng tôi nghĩ sẽ còn mấy chục năm nữa trước khi loại tiếp cận này sẽ bao giờ được sử dụng thường xuyên trong một số lượng lớn bệnh nhân."

Tuy nhiên, với đủ sự hỗ trợ, điều đó có thể xảy ra sớm hơn. Facebook đang làm việc trên giao diện máy tính não; Elon Musk cũng vậy. Chính Berger đã từng làm việc ngắn hạn như Giám đốc Khoa học chính của Kernel, một công ty khởi nghiệp nghệ thuật thần kinh đầy tham vọng do doanh nhân Bryan Johnson dẫn đầu. "Ban đầu, tôi rất hi vọng về việc làm việc với Bryan," Berger nói bây giờ. "Chúng tôi đều hứng thú với khả năng của công việc, và anh ấy đã sẵn lòng chi tiền vào đó để thấy nó phát triển."

Nhưng mối quan hệ đối tác tan rã, ngay giữa cuộc kiểm tra lâm sàng đầu tiên của Kernel. Berger từ chối đề cập chi tiết, chỉ nói rằng Johnson - ent either out of hubris or ignorance - muốn tiến triển quá nhanh. (Johnson từ chối bình luận cho câu chuyện này.)

Một điều mà Berger đánh giá Johnson là sự sẵn lòng chi tiền cần thiết để tăng tốc nghiên cứu nghệ thuật thần kinh. Để thực hiện các nghiên cứu mà anh ấy và Hampson muốn thực hiện, họ sẽ cần các cảm biến nhỏ hơn, độ phân giải cao hơn; phương pháp thử nghiệm mới; giao thức đối tượng thử nghiệm người không có tiền lệ - tất cả đều sẽ mất thời gian và tiền bạc để thực hiện. Nhưng quỹ có thể khó kiếm được - thậm chí cả từ các cơ quan như Darpa, đã lâu đã hỗ trợ công việc của ông và các nhà lãnh đạo khác trong lĩnh vực. (Giống như nhà tâm lý học Đại học Pennsylvania Michael Kahana, người gần đây đã sử dụng một thay thế thần kinh vòng đóng để cung cấp kích thích tổng quát hóa hơn để cải thiện khả năng gọi lại từ vựng của đối tượng thử nghiệm, công việc của Berger và Hampson chủ yếu được hỗ trợ bởi chương trình Khôi phục Trí nhớ Hoạt động của Darpa.)

Nhưng bạn biết ai có tiền không? Công nghệ. Vì vậy, khi tôi hỏi ông liệu anh ấy có bao giờ cân nhắc hợp tác với một doanh nhân Silicon Valley trong tương lai, Berger không ngần ngại.

"Tất nhiên," ông nói. "Tôi rất mong đợi điều đó."