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Un primo passo verso una protesi per la memoria
I ricercatori hanno sviluppato il primo dispositivo protesico di memoria, un impianto neurale che, nei ratti, ripristina la funzione cerebrale persa e migliora la conservazione della memoria a breve termine. Sebbene i test sull'uomo siano ancora un obiettivo lontano, l'impianto fornisce la prova che il complesso codice neurale del cervello può essere interpretato e riprodotto per migliorare la funzione cognitiva.
Chip di memoria: Il minuscolo chip al centro di questo impianto utilizza un algoritmo per trasformare i segnali neurali in entrata in impulsi in uscita che possono aiutare la memoria nei ratti. I ricercatori sperano che l'impianto sarà il primo passo verso una protesi di memoria per gli esseri umani.
Il dispositivo, che consiste in un minuscolo chip e un set di 32 elettrodi, unisce matematica e neuroscienze. Il suo cuore è un algoritmo che decifra e replica il codice neurale che uno strato del cervello invia a un altro. La funzione ripristinata dall'impianto è limitata: i ratti sono stati in grado di ricordare quale delle due leve avevano premuto. Ma i suoi creatori credono che un giorno un dispositivo basato sullo stesso principio potrebbe essere utilizzato per migliorare il ricordo nelle persone che soffrono di ictus, demenza o altri danni cerebrali.
Neurofisiologo della Wake Forest University Samuel Deadwyler prima addestrato i ratti a premere due leve diverse in successione. Gli animali hanno imparato a premere una leva mentre veniva loro presentata e poi, dopo un po', ricordano quale avevano premuto e scelgono l'altra una seconda volta. Mentre i ratti svolgevano il compito, due serie di minuscoli elettrodi registravano l'attività dei singoli neuroni sui lati destro e sinistro dell'ippocampo, un'area del cervello che consolida la memoria a breve termine elaborando le informazioni mentre attraversa più strati. Un set di 16 elettrodi, otto a destra, otto a sinistra, ha monitorato i segnali inviati dai neuroni in un'area dell'ippocampo chiamata strato CA3, e altri 16 hanno monitorato i segnali elaborati ricevuti dai neuroni nello strato CA1.
Insieme a Teodoro Berger , ingegnere biomedico e neuroscienziato della University of Southern California, Deadwyler ha caratterizzato il modello di attività neurale associato a una risposta corretta, il modello che indica la formazione di una solida memoria a breve termine. I ricercatori hanno stimolato i nervi con lo stesso schema e hanno ritestato i ratti. Questa volta, gli animali hanno commesso meno errori e sono riusciti a ricordare quale leva premere anche dopo ritardi maggiori. Quando i ricercatori hanno fatto un ulteriore passo avanti, prevenendo la formazione della memoria con un farmaco che blocca i nervi, hanno scoperto che i ratti potevano ancora ricordare quale leva premere se fossero stati stimolati con il modello di impulso neurale.
È un'entusiasmante dimostrazione delle capacità che abbiamo ora, non solo di leggere l'attività neuronale del cervello, ma anche di manipolarla, afferma Charles Wilson , neuroscienziato e professore emerito presso l'Università della California, a Los Angeles, non coinvolto nella ricerca. Si spera che questo possa essere clinicamente utile in futuro.
Parte della sfida nella creazione della protesi era sviluppare un dispositivo che sarebbe stato in grado di assistere nel richiamo di molti tipi di ricordi. Ciò ha richiesto di imparare a replicare le attività dell'ippocampo. Piuttosto che immagazzinare ricordi specifici, l'ippocampo li trasmette alla memoria a lungo termine del cervello, traducendoli in una forma che la memoria a lungo termine è in grado di memorizzare. Allo stesso modo, l'algoritmo non memorizza esempi specifici, come lavarsi i denti, come trovare la strada di casa, ma crea invece una serie di regole molto simili a quelle che un programma di riconoscimento vocale potrebbe utilizzare per tradurre una lingua in un'altra. Non stiamo cercando di capire la lingua, dice Berger. Piuttosto, in base a ciò che ascoltiamo, possiamo tradurre qualcosa dal russo al cinese senza conoscerne nessuno dei due?
Berger e Deadwyler stanno ora lavorando per aumentare il numero di neuroni che possono monitorare e per spostare la loro ricerca sui primati non umani, i prossimi passi nel lungo viaggio verso lo sviluppo di un impianto umano. Abbiamo già la tecnologia e la capacità di registrare e stimolare un singolo neurone nell'uomo; gli ingredienti ci sono già, dice Wilson. E il fatto che possa essere fatto negli animali mi suggerisce che una cosa simile potrebbe essere fatta negli umani.