Исследователи, работающие по заказу Агентства перспективных оборонных разработок (DARPA) министерства обороны США, на конференции Общества нейробиологов в Чикаго представили доказательства принципиальной возможности создания имплантатов, которые могут стимулировать долговременную память. Об этом пишет Nature. Конференция состоялась 17-21 октября 2015 года. Исследователи заявили, что они научились имитировать сигналы, переводящие кратовременную память в долговременную.
Считается, что за консолидацию памяти, то есть перевод кратковременной памяти в долговременную, отвечает гиппокамп, парная структура головного мозга, расположенная в медиальных височных отделах полушарий. Она же отвечает и за формирование кратковременной памяти на основе сенсорной информации, а также восприятия человеком пространства и времени. Исследователи выяснили, что при консолидации памяти возникает сигнал, проходящий от участка CA3 гиппокампа в CA1.
По мнению исследователей, точная имитация этого сигнала позволит стимулировать долговременную память у людей, включая перенесших травму головы военных и пожилых. Ученые проводили исследования на людях, страдающих эпилепсией с установленными мозговыми электродами для записи электроэнцефалограммы мозга и стимуляции отдельных его зон. В эксперименте участвовали 12 человек. Сперва ученые показывали участникам эксперимента различные изображения, а спустя полторы минуты просили вспомнить, какие из них они видели.
Во время показа изображений ученые вели запись сигналов, проходящих между зонами CA3 и CA1. Затем, на основе полученных данных, они разработали алгоритм, способный предугадывать вид сигнала, который должен прийти из CA3, по активности зоны CA1. В 80 процентов случаев реальный сигнал зоны CA3 был предсказан точно. Ученые полагают, что благодаря этому алгоритму они смогут стимулировать CA1, а значит и консолидировать память, даже если клетки зоны CA3 сильно повреждены.
В пользу этого предположения говорят эксперименты, проводившиеся на обезьянах в начале 2010-х годов. Обезьян учили запоминать различные картинки, а за правильное запоминание их поощряли соком. У некоторых животных во время эксперимента стимулировалась зона CA1 гиппокампа. По итогам эксперимента оказалось, что обезьяны, которым стимулировали CA1, быстрее запоминали изображения, чем животные, не подвергавшиеся стимуляции.
В рамках нового исследования уже был проведен один эксперимент по стимуляции зоны CA1 гиппокампа у женщины, страдающей эпилепсией. Впрочем, по словам ученых, говорить о результатах пока рано. Эксперименты планируется распространить и на других добровольцев с мозговыми электродами. По итогам этих исследований может быть разработан первый образец прибора, стимулирующего зоны гиппокампа, ответственные за консолидацию памяти.
Между тем, ученые полагают, что обнаружение и имитация сигнала, проходящего между CA3 и CA1, может оказаться недостаточным для стимуляции долговременной памяти. Например, в случае повреждения клеток зоны CA1 одной лишь имитации сигнала может оказаться недостаточно. Такими исследованиями по заказу DARPA занимаются ученые Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе. Работы ведутся по проекту создания приборов, которые смогут стимулировать память солдат с повреждениями головы.
По заказу DARPA также работает команда исследователей из Университета Пенсильвании. Эти исследователи пришли к выводу, что стимуляция медиальных височных долей мозга может улучшать память. Во время экспериментов на людях с эпилепсией выяснилось, что при ухудшении памяти, стимуляция приводит к улучшению, однако у людей с хорошей памятью при стимуляции наблюдается обратный эффект. В их эксперименте участвовали 28 человек с мозговыми электродами.
Ученые давали участникам эксперимента ознакомиться со списком слов, а затем попытаться вспомнить их в заданном порядке. При этом исследователи вели запись мозговой активности. На основе записи они разработали алгоритм, который при повторении эксперимента смог с высокой точностью предсказывать вероятность вспоминания того или иного слова. При этом, во время чтения людьми слов, для которых была высока вероятность забывания, исследователи проводили стимуляцию; вероятность запоминания возрастала на 140 процентов.
Программа DARPA по созданию имплантатов, стимулирующих долговременную память, стартовала в феврале 2014 года. В ней участвуют две группы исследователей. Университет Южной Калифорнии получил на проведение работ 15 миллионов долларов, а Университет Пенсильвании — 22,5 миллиона долларов.