Az emberek általában szeretnének jó döntéseket hozni, ezt segítheti egy napon egy elektronikus agyimplantátum, ami a rövidtávú memóriát és a döntéshozást erősíti.

Az implantátum képes helyreállítani a fenti funkciókat az Alzheimer-kór és más agykárosodások állatmodelljeinél, kikövezve az utat az emberek egy új típusú kezelése előtt. Sam Deadwyler és munkatársai az amerikai Wake Forest Orvosi Egyetemen már korábban is bizonyították, hogy egy neurális beültetéssel képesek visszaállítani egyes motorikus és szenzoros funkciókat patkányok esetében. A mostani implantátum azonban a főemlősök magasabb szintű gondolkodását is képes stimulálni.

A normális agyfunkciók során a neuronok outputokat generálnak, úgymond "tüzelnek", miután inputot kaptak egy másik neurontól a köztük lévő kapcsolódáson, a szinapszison keresztül. Ennek a tevékenységnek a tér- és időbeli sémája - a tüzelés hol és mikorja - észlelhető és rögzíthető. Hogy megállapítsák, vajon elfoghatók és újrahangolhatók- e ezek a sémák, Deadwyler csapata öt rhesus makákót tanított meg egy feladatra, hogy tesztelhessék figyelmüket, rövidtávú emlékezetüket és döntéshozó képességüket.

Első lépésben egy véletlenszerű képet mutattak a majmoknak egy ötezer felvételt tömörítő archívumból, majd 1-től 90 másodpercig terjedő időintervallumra kifeketítették a képernyőt, mielőtt a képet akár hét másik társaságában újra megjelenítették volna. Ha a majomnak sikerült kiválasztania az eredeti felvételt, akkor jutalmat kapott. Két évnyi gyakorlást követően a majmok az esetek 75 százalékában helyesen párosították a képeket a könnyebb szinteken, vagyis amikor rövidebb időre tüntették el a szemük elől, illetve kevesebb képpel együtt jelenítették meg újra az eredeti felvételt. Sikereik száma a leghosszabb időtartammal és a maximális választható képek számával egészen 40 százalékra esett vissza.

A kutatók ellátták a majmokat egy idegsejti tevékenységek rögzítésére és stimulálására alkalmas eszközzel, amit az intelligencia számos aspektusáért felelős prefrontális kéregbe ültettek be. Az implantátum elsősorban a kérget felépítő hat réteg egy részének, az úgynevezett szupragranuláris rétegek (2-es és 3-as rétegek) idegsejti kommunikációját rögzítette, illetve az 5-ös réteg esetében a rögzítésen túl stimulálni is tudta a neuronokat. A 2-es/3-as és az 5-ös rétegek megközelítőleg 1350 mikrométerre helyezkednek el egymástól és eltérnek uralkodó sejttípusaikban és kapcsolódásaikban.

A kihívás abban rejlett, hogy mely tevékenység mintákat gerjesszék és mikor tegyék azt, hogy fokozzák a majmok teljesítményét a feladatok során. Ennek érdekében a csapat felvette idegsejti tevékenységüket a feladatok elvégzése alatt, majd kielemezték a különböző rétegekben be- és kiáramló aktivitásokat, kinyerve a neuron tüzelési mintákat, melyek összefüggésben vannak a helyes és a helytelen döntésekkel. Ezután a csapatnak sikerült fokozni az állatok döntéshozó képességét azáltal, hogy minden esetben amikor a 2-es/3-as rétegek idegsejti aktivitása hasonlóságot mutatott a helytelen döntéseknél rögzítettel. az implantátum elkezdte stimulálni az 5-ös réteg tevékenységét, ami replikálta a helyes döntéskor felvett aktivitást. Az implantátummal sikerült 10-20 százalékkal feljavítani a majmok átlagteljesítményét, illetve jelentős sebesség növekedést értek el a képek azonosításában a feladat legnehezebb változatánál.

Ezt követően az implantátum kognitív funkciók visszaállítási képességét tesztelték. A majmoknak kokaint adagoltak, amit gyakran alkalmaznak az Alzheimernél is tapasztalható szinaptikus kapcsolatok elvesztésének szimulálására. Az implantátum stimulációja nélkül a majmok teljesítménye minden nehézségi fokon 10 százalékkal csökkent, a bekapcsolásával azonban felszökött azoknak az állatoknak a szintjei fölé, amiket nem láttak el implantátummal, vagy kokainnal. "Kiváló munka" - mondta Daniel Chew, a Cambridge Egyetem idegtudósa, aki nem érdekelt a tanulmányban.

Chew szerint mivel az implantátum csökkenti a helytelen reakciók számát, ezért egy nehezebb feladatban még nagyobb fokú javulás érhető el vele. A dicsérettel Simon Schultz, az Imperial College London szakértője is egyetért, azonban szerinte nem egyértelmű, mi is zajlik le pontosan. "Elég jól ismerjük a motoros és szenzoros területeket, azt azonban még mindig nem tudjuk, hogyan működik a kéreg" - magyarázta. "Ezek a srácok felismerték, hogyan néz ki egy helyes döntés, felvették a mintáját és visszajátszották"

A tanulmányban a helyes válaszok stimulálásához alkalmazott aktivitási sémák minden egyes majomnál specifikusak, egyénre szabottak voltak. Ezek fényében aligha tehetjük fel a kérdést: Vajon lehetséges lenne-e egy kiválóan teljesítő egyén mintáit rögzítve az átlagosan teljesítő egyének felturbózása? A Wake Forest kutatási eredményei tanúsága szerint, ha az egyik majom "helyes" aktivitási mintáját egy másik implantátumába táplálják, az nem hoz pozitív hatást a másik döntésében, sőt csökkentette a teljesítményt, márpedig ahhoz, hogy ezt az eszközt terápiás célokkal különböző agyi károsodásokban szenvedő embereken is alkalmazhassák, valahogy túl kell lépni ezen a korláton. Ehhez jóval többet kellene tudni a helyes séma kialakulásáról, vagy rögzíteni kellene az egyén egészséges agytevékenységeit még az agykárosodás tüneteinek kialakulása előtt.

Tovább nehezíti az alkalmazást az implantátum invazív természete. "Rendkívül akut gyulladást és hegesedést okoz" - mondta Chew, hozzátéve, hogy ez elpusztíthatja az agysejteket az implantátum környékén, elszigetelve az elektródákat, csökkentve hatékonyságukat. Éppen ezért Deadwyler csapata egyidejűleg egy biológiailag kompatibilis elektródán is dolgozik.

Egy másik lehetőség a beültetés szükségességének teljes kihagyása. Deadwyler és kutatótársa, Robert Hampson egyaránt rámutat, hogy a nem invazív transzkraniális képfeldolgozás és stimulálás igen gyors ütemben fejlődik, ami egy nap lehetővé teheti technikájuk koponyán kívülről történő alkalmazását. Mindezektől függetlenül a kutatópáros meggyőződése, hogy hamarosan sor kerülhet az implantátum emberi kísérleteire is, mivel az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerbiztonsági Felügyelete (FDA) már engedélyezett hasonló eszközöket a Parkinson kórral élők kezeléséhez. Ez jó hír lehet az agykárosodásokkal élők számára, akik ezeknek a kísérleteknek az első alanyai lehetnek. A terápiás kezelésen túl is bőségesen rejlenek lehetőségek egy ilyen megoldásban.

Egy vizuális kéregbe ültetett implantátummal Schultz szerint az az aktivitási minta, ami például egy szám kitalálásakor jön létre, amivel olyan kriptográfiai kulcsokat alkothatnának, melynek értékeihez csak az implantátum viselője férhet hozzá. A kutatók azonban jelenleg csak az egészen közeli jövőre koncentrálnak, ez pedig azt mutatja, hogy a kognitív képességek helyreállítása egyszerűbben igazolható a kísérletekkel, mint a fokozásuk. Utóbbi etikai kérdéseket is felvethet, ezért Deadwyler szerint most egyértelműen az elvesztett funkciók visszaállítására való törekvés a jó döntés.

Forrás: sg.hu