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Recuperare la funzione cerebrale perduta
Come si realizza una protesi cerebrale elettronica che possa ripristinare la capacità di una persona di formare ricordi a lungo termine? Recenti esperimenti di Theodore Berger e dei suoi colleghi, tra cui Sam Deadwyler al Wake Forest Baptist Medical Center di Winston-Salem, nella Carolina del Nord, e ricercatori dell'Università del Kentucky a Lexington, hanno iniziato a descrivere come potrebbe essere fatto.
L'anno scorso, il team ha dimostrato che un impianto che registra l'attività di un insieme di neuroni e dirige l'attività di un altro può sostituire la funzione cerebrale persa nelle scimmie. I ricercatori hanno utilizzato una serie di elettrodi per misurare l'attività elettrica dei neuroni nella corteccia prefrontale degli animali, una regione del cervello coinvolta nel processo decisionale che dirige molti tipi di risposte cognitive associate alla memoria. Cinque scimmie sono state addestrate per eseguire un compito di memoria in cui è stata mostrata loro un'immagine su uno schermo e poi hanno dovuto usare i movimenti della mano per guidare un cursore su quell'immagine quando successivamente è stata mostrata loro una raccolta di immagini clip-art.
L'attività neurale delle scimmie è stata registrata da un minuscolo dispositivo elettronico racchiuso in ceramica e trasmessa a un computer esterno. Nella prima parte dell'esperimento, i ricercatori hanno analizzato l'attività cerebrale che avevano registrato dalla corteccia. Ma poi è arrivata la parte difficile. La memoria si forma quando un insieme di neuroni elabora i segnali di un altro insieme, ma come si può replicare questa elaborazione in un dispositivo elettronico? Per prima cosa, devi capire il codice che sta usando il cervello. Dalle registrazioni iniziali, il team di ricerca è stato in grado di estrapolare quello che viene chiamato un modello MIMO, abbreviazione di multi-input/multi-output. Questo tipo di modello matematico può caratterizzare i modelli di scarica neurale rilevati dall'impianto di elettrodi e, dopo aver elaborato i modelli, emettere i segnali che istruiscono altri neuroni a formare la memoria appropriata.
Per dimostrare che il loro modello funzionava, i ricercatori hanno somministrato cocaina alle scimmie. Le scimmie drogate di cocaina avevano difficoltà a ricordare l'immagine corretta. Ma con l'impianto in atto e il modello MIMO che traduce i segnali in ingresso e invia i dati a un altro set di neuroni, sono stati in grado di individuare l'immagine giusta con la stessa affidabilità del solito, se non leggermente di più.
Ma come potrebbe un medico sostituire una funzione cerebrale, come la capacità di formare ricordi a lungo termine, che qualcuno aveva già perso? In tal caso, non sarebbe possibile imitare semplicemente un esempio precedente di come funzionava il cervello dell'individuo e duplicarlo nel dispositivo elettronico. Tuttavia, il lavoro preliminare suggerisce che una registrazione dal cervello di una persona sana potrebbe essere utilizzata nei feriti o nei malati. Abbiamo registrato da un certo numero di roditori e siamo stati in grado di derivare un modello generico per determinati tipi di elaborazione, afferma Deadwyler. Il team di ricerca dovrà vedere se le stesse regole si applicano ai primati. Se lo fanno, potrebbe significare che un modello MIMO potrebbe essere utilizzato per formare un modello generico che assomiglierebbe al tipo di elaborazione che la maggior parte di noi fa in relazione a determinati tipi di attività, afferma Deadwyler.