Udržet si živé vzpomínky na důležité události je s postupem věku stále složitější. A co teprve pro lidi s Alzheimerem nebo po fyzickém poranění mozku, pro které je zhoršení paměti naprosto vyčerpávající? Tedy alespoň donedávna bylo. Studie zveřejněná v časopise Frontiers in Human Neuroscience totiž těmto pacientům přináší novou naději v podobě ,paměťové protézy‘.
Ačkoli se tato představa nabízí, o žádné zařízení z budoucnosti se nejedná. Ve skutečnosti jde o sérii elektrod implantovaných do hipokampu, což je struktura nacházející se hluboko v mozku, která je pro epizodické vzpomínky naprosto klíčová. Američtí vědci pracují s myšlenkou, že vzpomínky jsou elektrické signály generované dobře regulovanou nervovou dálnicí uvnitř hipokampu. Takže pokud by se tyto signály podařilo ve správný čas zachytit, mohly by být ve formě elektrických výbojů následně opět přehrány, čímž by danou dráhu posílily.
Pacientům s demencí na míru
Tým vedený doktory Dongem Songem z Univerzity v Jižní Kalifornii a Robertem Hampsonem z Wake Forest School of Medicine výše popsaným způsobem navázal na svoji předchozí práci v podobě konstrukce paměťových protéz. Ty u lidí s epilepsií ukázaly, že znovuzavedení nervových signálů, které během specifického úkolu kódují jeden typ paměti, zvýšilo její funkci o více než 50 procent. Nejlepší výsledky přitom vykázali právě pacienti, kteří trpěli amnézií.
Systém není úplnou novinkou. Tedy ne z biologického hlediska. Částečně totiž napodobuje běžný proces kódování a vybavování paměti v hipokampu. A ačkoli by zmíněná metoda nemusela fungovat v reálném světě, kde se neustále nacházíme pod náporem dalších a dalších informací, zdá se, že by mohla pomoci právě u jedincům s Alzheimerovou chorobou či jinou formou demence, jimž hrozí, že by kvůli nemoci navždy přišli o útržky své minulosti. „Je to pohled do budoucnosti na něco, co bychom snad mohli být schopni pro obnovení paměti udělat,“ komentuje studii pro MIT Technology Review Kim Shapiro z Birminghamské univerzity. Sám se na experimentu však nepodílel.
U paměťové protézy se Songův a Hampsonův tým zaměřil na dvě konkrétní oblasti hipokampu, a sice na CA1 a CA3, které tvoří vysoce propojený nervový obvod. Ostatně desítky let práce u hlodavců, primátů a lidí ukázaly, že právě tato nervová dálnice je jádrem kódování vzpomínek. Prvního úspěchu pak vědci dosáhli v roce 2015. A nebylo to jednoduché.
Na rozdíl od počítačových obvodů jsou ty nervové nelineární, což znamená, že jednotlivé signály jsou znehodnoceny šumem. Časově se navíc mohou překrývat. „Je to chaotická černá skřínka,“ upřesňuje pro Singularity Hub bioinženýr Theodor Berger, který se těmito obvody zabývá už více než 30 let. K rozluštění paměťových kódů pak odborníci vypracovali dva algoritmy. První, známý jako model dekódování paměti (MDM), počítá s průměrem elektrických vzorců u více lidí, kteří si vytvářejí vzpomínky. Druhý, nazvaný multi-input, multi-output (MIMO), je o něco sofistikovanější, protože zahrnuje jak vstupní, tak výstupní elektrické vzorce a napodobuje tyto signály v prostoru i čase.
Pokrok umožnila epilepsie
V sérii experimentů na opicích, a následně i na zdravých lidech pak odborníci zjistili, že jejich paměťové protézy mohou zlepšit paměť v případě, že jsou obvody dočasně narušeny například užíváním léků. Obejít poškozené obvody jim však nestačilo. Chtěli nesprávně pracující hipokampus zcela nahradit. K tomu jim pomohly cenné zdroje z oblasti neurovědy, konkrétně data týkající se lidí s epilepsií, kteří mají v mozku implantované elektrody do oblastí, jež souvisejí s pamětí. Tyto implantáty hluboko v mozku pomáhají neurochirurgům vystopovat zdroj záchvatů.
Na základě uvedených poznatků byl proveden pokus s 25 pacienty s různě rozsáhlým poškozením mozku. Těm vědci na obrazovce promítli konkrétní obrázek a následně ukázali jeho sedm různých alternativ. Úkolem zúčastněných bylo vybrat ten správný.
Každý pacient rychle prošel 100–150 pokusy, během nichž byla zaznamenána aktivita hipokampu, aby se zachytila jeho krátkodobá paměť. Po nejméně 15 minutách čekal skupinu další úkol. Pacienti řadili tři obrázky podle toho, jak jim přišly povědomé, což mělo tentokrát zaznamenat jejich dlouhodobou paměť. Následující den podstoupili další podobnou sérii testů, přičemž někteří dostávali elektrickou stimulaci na základě vlastních nervových signálů, které byly zpracovány jedním ze dvou zmíněných algoritmů. Jiní byli oproti tomu zasaženi zcela náhodnými impulsy. Poslední skupina pak žádné stimulaci vystavena nebyla.
Výsledkem bylo 15procentní zlepšení paměti u lidí, kterým byla stimulace podávána. U těch, jimž byly aplikovány pulzy MDM, došlo k nárůstu o pouhých 13,8 procenta. Naopak díky modelu MIMO se výkon pacientů zlepšil o 36 procent. „Bez ohledu na základní paměťové funkce přináší model MIMO nejméně dvojnásobné usnadnění ve srovnání s modelem MDM,“ uvedl tým.
Ačkoli jsou výsledky slibné, jsou si vědci dobře vědomi toho, že je k plně funkční protéze čeká ještě dlouhá cesta. Je totiž nutné doladit celou řadu faktorů. Od samotného nastavení elektrod až po dobu jejich účinku. Prozatím je proto tato technologie daleko od toho, aby mohla být použita v klinickém měřítku. Aktuální studie ale minimálně ukazuje, že se rozhodně nejedná o nemožný krok.
