源之原味

大脑刺激的假肢从大鼠移动到人类

 

这篇文章来自 wired.com。原始 url 是: https://www.wired.com/story/hippocampal-neural-prosthetic/

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大脑刺激的假肢从大鼠移动到人类

一个针对个体大脑活动的算法表明它可以用电子耳鬓厮磨来提高记忆力。
盖蒂图片社

上的形状 屏幕只会短暂出现-只要测试对象将其提交到内存就足够了。同时, 一个电信号穿过她头骨的骨周, 通过一层温暖的灰色物质向靠近她中心的一批电极 大脑.他们去, 在精心编排的脉冲模式。图片从屏幕上消失。一分钟后, 它再次出现, 这一次除了少数其他抽象图像。病人停顿下来, 辨认出形状, 然后用手指指着它。

她在做什么是显着的, 而不是她记得什么, 但为 她记得有多好.平均而言, 她和其他七个测试对象在记忆游戏中的大脑脉冲比没有更好的表现 37%, 这使得他们成为地球上第一个人类体验到量身定做的神经假肢的记忆增强的好处。

如果你想获得技术, 问题的脑部助推器是一个 "闭环海马神经修复体"。 闭环 因为在每个病人的大脑和它所连接的计算机之间传递的信号在近实时的时间里来回压缩。 海马 因为这些信号在测试对象的海马体内开始和结束, 海马状的大脑区域对记忆的形成至关重要。"我们正在研究当记忆被编码并准备储存时, 这个区域的神经元是如何燃烧的," 在唤醒森林浸信会医学中心的神经科学家罗伯特?汉普森说, 和主要作者 本文描述了实验 在最新一期的 神经工程学杂志.

通过区分与成功编码的记忆相关的模式, 他和他的同事开发了一个系统, 可以提高测试对象在视觉记忆任务上的性能。"我们已经能够做的是确定什么是正确的模式, 是什么造成错误模式, 并使用毫伏水平的电刺激, 以加强正确的模式。这导致了记忆在情景记忆测试中的改进。翻译: 他们通过用个性化的电模式电击病人的大脑来改善短期记忆。

今天, 他们的概念证明假肢生活在病人的头部之外, 通过电线连接到大脑。但在未来, 汉普森希望, 外科医生可以植入一个类似的仪器完全在一个人的头骨, 像神经起搏器。它可以增加所有的大脑功能--不仅是痴呆和脑损伤的受害者, 还有健康的个体。

如果 neuroprosthetic 未来的可能性会把你视为遥不可及的, 那就考虑一下汉普森已经走了多远。他一直在研究自二十世纪八十年代以来海马体记忆的形成。然后, 大约在两年前, 他与南加州大学的神经工程师西奥多?伯格建立了联系, 他一直在研究如何在数学上模拟海马活动。从那以后, 这两人一直在合作。在早期的 aughts, 他们展示了 neuroprosthesis 在脑组织切片中的潜能。在2011年他们做了它在活老鼠。几年后, 他们把它从活的猴子身上拉下来。现在, 他们终于在人们身上做了。

"从某种意义上说, 这使假肢成为顶点," 汉普森说。"但从另一个意义上说, 这只是开始。人的记忆是如此复杂的过程, 还有很多东西要学。我们只是在理解它的边缘。

为了测试人体的系统, 研究者招募了癫痫患者;这些患者已经在其海马植入电极以监测癫痫相关的电活动。通过对诊断硬件的盗用, 汉普森和他的同事们能够记录和以后提供电气活动。

你看, 研究人员并不只是随意地电击他们的大脑。他们确定了在哪里和何时提供刺激的第一次记录活动在海马, 因为每个测试对象进行了上述视觉记忆测试。这是对工作记忆的评估--你用来储存的短期心理存储库, 比方说, 两个因素的身份验证代码, 只在稍后检索它。

一直, 电极记录大脑的活动, 跟踪在海马的射击模式时, 病人猜对和错。从这些模式, 伯杰, 连同南加州大学生物医学工程师东宋, 创造了一个数学模型, 可以 预测 在成功的记忆形成过程中, 每个学科的海马神经元如何燃烧。如果你能预测这一活动, 那就意味着你可以刺激大脑模仿记忆的形成。

刺激病人的海马有类似的影响, 长期记忆保留-像你的能力, 记得你停在哪里, 当你离开杂货店。在第二次测试中, 汉普森的团队在显示图像和要求主题将其从阵容中拉出时, 引入了30到60分钟的延迟。平均来说, 在受刺激的试验中, 测试对象的表现更好35%。

这一影响对研究人员产生了冲击。"我们并不惊讶看到改善, 因为我们在初步的动物研究中取得了成功。我们感到惊讶的是, 改善, "汉普森说。"我们可以告诉, 当我们运行的病人, 他们的表现更好。但我们不知道有多好, 直到我们回去, 并分析了结果。

The results have impressed other researchers, as well. “The loss of one’s memories and the ability to encode new memories is devastating—we are who we are because of the memories we have formed throughout our lifetimes,” Rob Malenka, a psychiatrist and neurologist at Stanford University who was unaffiliated with the study, said via email. In that light, he says, “this very exciting neural prosthetic approach, which borders on science fiction, has great potential value. (Malenka has expressed cautious optimism about neuroprosthetic research in the past, noting as recently as 2015 that the translation of the technology from animal to human subjects would constitute “a huge leap.”) However, he says, it’s important to be remain clear-headed. “This kind of approach is certainly worth pursuing with vigor but I think it will still be decades before this kind of approach will ever be used routinely in large numbers of patient populations.”

再一次, 有足够的支持, 它可能会发生的更快。 Facebook 正在研究大脑计算机接口;所以是 Elon Musk.伯格自己简要地担任了核心科学官员, 企业家布赖恩-约翰逊领导的雄心勃勃的 neurotechnology 创业."起初, 我对与布赖恩共事很有希望," 伯格现在说。"我们都对这项工作的可能性感到兴奋, 他愿意投入那种需要看到它蓬勃发展的资金."

但是伙伴关系崩溃了, 就在内核的第一次临床试验中. Berger declines to go into details, except to say that Johnson—either out of hubris or ignorance—wanted to move too fast. (Johnson declined to comment for this story.)

One thing Berger does give Johnson credit for is his willingness to commit the funds necessary to accelerate neuroprosthetics research. To perform the studies he and Hampson want to do, they’ll need smaller, higher-resolution sensors; new experimental methods; unprecedented human subject protocols—all of which will take time and money to make happen. But funds can be hard to come by—even from agencies like Darpa, which has long supported his work and that of other leaders in the field. (Like University of Pennsylvania psychologist Michael Kahana, who recently used a closed-loop neuroprosthesis to deliver more generalized stimulation to improve test subjects’ word recall, Berger and Hampson’s work is largely supported by Darpa’s Restoring Active Memory program.)

But you know who has money? Tech. So when I ask him whether he’d ever consider collaborating with a Silicon Valley entrepreneur in the future, Berger doesn’t hesitate.

“Absolutely,” he says. “I look forward to it.”

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