Οι επιστήμονες ενισχύουν τη μνήμη με τα στρατηγικά χτυπήματα στον εγκέφαλο

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι νευροεπιστήμονες αντιμετωπίζουν κινητικές και νευρολογικές διαταραχές με βαθιά εγκεφαλική διέγερση, μια τεχνική στην οποία ηλεκτρόδια που φυτεύονται σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου στέλνουν ηλεκτρικά ερεθίσματα μέσω στοχευμένων νευρικών κυκλωμάτων. Πιο πρόσφατα, δοκίμασαν εγκεφαλική διέγερση για να ενισχύσουν επίσης τη μνήμη - αλλά με ανάμεικτα αποτελέσματα. Σε μια μελέτη που δημοσιεύεται σήμερα στο Nature Communications , ωστόσο, μια ομάδα ερευνητών πέτυχε να ενισχύσει τη μνήμη πιο αξιόπιστα, διεγείροντας μια περιοχή του εγκεφάλου που αγνοούνταν κυρίως σε προηγούμενες μελέτες και εφαρμόζοντας αυτή τη διέγερση πιο στρατηγικά και επιλεκτικά.

Η ανακάλυψη θα μπορούσε κάποια μέρα να έχει σημαντικές κλινικές εφαρμογές για τη θεραπεία της νόσου του Αλτσχάιμερ και άλλων καταστάσεων που περιλαμβάνουν εξασθένηση της μνήμης. Αλλά βραχυπρόθεσμα, είναι επίσης σημαντικό για αυτό που δείχνει σχετικά με τη σημασία μιας περιοχής στην εξωτερική επιφάνεια του εγκεφάλου, του αριστερού πλευρικού κροταφικού φλοιού, για τη λειτουργία της μνήμης. «Αυτή η μελέτη ενισχύει τη σοφία ότι αυτό το μέρος του εγκεφάλου είναι πολύ σημαντικό για την κατασκευή της κόλλας που ενοποιεί τις μαθημένες πληροφορίες», δήλωσε ο György Buzsáki, νευροεπιστήμονας στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης που δεν ασχολήθηκε με την εργασία.

Μια ομάδα με επικεφαλής τον Michael Kahana, καθηγητή ψυχολογίας στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, και τον Daniel Rizzuto, διευθυντή της γνωστικής νευροτροποποίησης του Penn εκείνη την εποχή, διεξήγαγαν το πείραμα σε ασθενείς με επιληψία των οποίων η θεραπεία περιλάμβανε ήδη επεμβατικές νευροχειρουργικές επεμβάσεις. Καθώς στους ασθενείς έδειχναν μια σειρά από λέξεις που θα τους ζητούσαν να θυμούνται αργότερα, οι ερευνητές κατέγραψαν δραστηριότητα σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου τους. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης για να δημιουργήσουν ένα «μοντέλο μνήμης» για κάθε άτομο:μπορούσε να διαβάσει τη νευρική απόκριση ενός ασθενούς - πιο συγκεκριμένα, μεταβαλλόμενα πρότυπα δραστηριότητας χαμηλής και υψηλής συχνότητας σε όλο το δίκτυο μνήμης - όταν παρουσιάστηκε για πρώτη φορά με λέξη, και να προβλέψει πόσο πιθανό ήταν να το θυμηθεί. Εάν το μοντέλο προέβλεψε ότι ο ασθενής είχε περισσότερες από 50 τοις εκατό πιθανότητες να ξεχάσει, προκάλεσε διέγερση στον αριστερό πλάγιο κροταφικό φλοιό, μια περιοχή επιφάνειας του εγκεφάλου που είναι γνωστό ότι είναι ενεργή κατά τη διάρκεια εργασιών μνήμης, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με τη γλώσσα.

«Ουσιαστικά κατασκευάσαμε ένα σύστημα ελέγχου» για τη μνήμη των υποκειμένων, είπε ο Kahana. Αυτός και οι συνάδελφοί του διαπίστωσαν ότι το σύστημα ελέγχου επέτρεπε στους ασθενείς να θυμούνται περίπου 15 τοις εκατό περισσότερες από τις λέξεις της εργασίας από ό,τι μπορούσαν χωρίς αυτό.

Σε εργασία που δημοσιεύθηκε πέρυσι, η ομάδα διαπίστωσε ότι εάν η εγκεφαλική κατάσταση ενός ασθενούς έδειχνε μεγάλη πιθανότητα να θυμάται τη λέξη, η πρόκληση διέγερσης οδηγούσε σε χαμηλότερη απόδοση στην εργασία. "Μόνο όταν ο εγκέφαλος βρίσκεται σε κακή κατάσταση μνήμης, όταν το μοτίβο δεν μοιάζει με αυτό όταν ο ασθενής πρόκειται να θυμηθεί κάτι", είπε ο Kahana, "αυτή η διέγερση είναι πιθανό να βελτιώσει τη μνήμη."

Ο Rizzuto απηχούσε αυτή την άποψη. «Η κατάσταση του εγκεφάλου του ασθενούς είναι απίστευτα σημαντική για τη βελτίωση της μνήμης», είπε. "Δείξαμε ότι συνδέοντας την εγκεφαλική διέγερση με τους συνεχείς εγκεφαλικούς ρυθμούς, είμαστε σε θέση να ενισχύσουμε αξιόπιστα τη μνήμη."

Άλλες ομάδες ερευνητών έχουν πειραματιστεί επίσης με την τόνωση του εγκεφάλου για να βοηθήσει στην ανάκληση, αλλά αυτά τα έργα στόχευαν συνήθως βασικές περιοχές του δικτύου ανθρώπινης μνήμης - συγκεκριμένα, τον έσω κροταφικό λοβό και τον ιππόκαμπο, που εκτελούν κρίσιμες λειτουργίες που επιτρέπουν το σχηματισμό και την ανάκτηση αναμνήσεις. Αν και μερικές από αυτές τις μελέτες ανέφεραν επιτυχίες, πολλές άλλες διαπίστωσαν ότι η διέγερση είτε διέκοψε είτε δεν είχε καμία επίδραση στην απόδοση της μνήμης.

Αντίθετα, αν και ο πλάγιος κροταφικός φλοιός φαίνεται λιγότερο ανατομικά και λειτουργικά κεντρικός στη μνήμη, η διέγερσή του απέφερε καλύτερα αποτελέσματα για την ομάδα των Kahana και Rizzuto. Ο πλευρικός κροταφικός φλοιός φαίνεται να είναι αυτό που ο Rizzuto ονόμασε «καυτό σημείο» για ερεθίσματα που προσανατολίζονται προς τη βελτίωση της μνήμης. Ο χειρισμός του μπορεί να αλλάξει τα πρότυπα συνδεσιμότητας μεταξύ αυτής της περιοχής και του ιππόκαμπου, ασκώντας έτσι μια πιο σφαιρική επίδραση στο σύστημα μνήμης. «Καταφέραμε να δείξουμε ότι η τόνωση αυτού του ενός κόμβου στο δίκτυο μνήμης, παρόλο που βρίσκεται στην περιφέρεια και δεν είναι το [πρώτο] μέρος που θα ξεκινούσατε, αλλάζει το δίκτυο ευρύτερα», είπε. /P>

«Νομίζω ότι τονίζει πραγματικά την ιδέα ότι η μνήμη είναι ένα κατανεμημένο φαινόμενο δικτύου», είπε ο Rizzuto. Αλλά, σημείωσε επίσης, «ακόμα δεν καταλαβαίνουμε ακριβώς τις αλλαγές στη συνδεσιμότητα που διέπουν αυτό το αποτέλεσμα». Ίσως η εμπλοκή του αριστερού πλάγιου κροταφικού φλοιού με τη γλώσσα τον καθιστά ένα καλό μέρος για εστίαση. «Γνωρίζουμε ότι για την ανθρώπινη μάθηση και μνήμη, η γλώσσα είναι κρίσιμη. Μας επιτρέπει να αναπαραστήσουμε τα επεισόδια στη ζωή μας», είπε ο Rizzuto. Ωστόσο, θα μπορούσε επίσης να είναι ότι ο πλευρικός κροταφικός φλοιός συνδέεται με άλλους κόμβους στο δίκτυο μνήμης με τρόπους που βελτιώνουν το σήμα μνήμης γενικότερα. Σε αυτή την περίπτωση, το αποτέλεσμα μπορεί να μην είναι απαραίτητα συγκεκριμένο για τη γλώσσα τελικά. Η ομάδα διερευνά αυτήν την πιθανότητα.

Ανεξάρτητα από το πώς η διέγερση του πλευρικού κροταφικού φλοιού βελτιώνει τη μνήμη, η θέση του στην επιφάνεια του εγκεφάλου τον καθιστά πολύ πιο ελκυστικό στόχο για παρεμβάσεις από τον ιππόκαμπο ή τον έσω κροταφικό λοβό, δήλωσε η Nicole Swann, επίκουρη καθηγήτρια με ειδίκευση στη νευροφυσιολογία στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον. "Είναι ευκολότερο να το προσεγγίσετε και μπορεί να είναι ασφαλέστερο να διεγείρετε κλινικά εάν χρησιμοποιηθεί ένα πιο χρόνιο σύστημα διέγερσης."

Οι ερευνητές του Penn ελπίζουν τώρα να διευρύνουν το έργο τους, το οποίο αναλήφθηκε ως μέρος του προγράμματος Restoring Active Memory του Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), για την αντιμετώπιση άλλων ασθενειών και διαταραχών που σχετίζονται με εξασθένηση της μνήμης, συμπεριλαμβανομένης της τραυματικής εγκεφαλικής βλάβης και της νόσου Alzheimer. . (Ο Kahana και ο Rizzuto συνίδρυσαν μια εταιρεία, που ονομάζεται Nia Therapeutics, για να επιτύχουν αυτόν τον στόχο και να αναπτύξουν μια πλήρως εμφυτεύσιμη έκδοση της συσκευής.) «Όλη η έρευνα που κάναμε ήταν σε ασθενείς με επιληψία, αλλά αυτό που βρήκαμε είναι ότι Δεν έχει σημασία αν είναι νέοι ή ηλικιωμένοι, αν έχουν ιστορικό τραυματικής εγκεφαλικής βλάβης ή όχι, αν είναι άνδρας ή γυναίκα», είπε ο Rizzuto. "Αυτό μας δίνει εμπιστοσύνη ότι μπορούμε να δημιουργήσουμε μια αποτελεσματική θεραπεία για [άλλες διαταραχές]."

Για να φτάσει σε αυτό το σημείο, είπε ο Swann, η ομάδα πρέπει να επαναλάβει τη μελέτη της και να διερευνήσει τα αποτελέσματα άλλων προτύπων διέγερσης και άλλων στόχων της εγκεφαλικής περιοχής. "Αυτό θα παρακινούσε τη χρήση του πλευρικού κροταφικού φλοιού ειδικά", είπε.

Ο Buzsáki επεσήμανε επίσης άλλους παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου διασφάλισης της ενίσχυσης των σωστών αναμνήσεων. Σε αυτό το πείραμα, είπε, οι ερευνητές εστίασαν στο να θυμούνται οι ασθενείς το υλικό της μελέτης — αλλά πώς μπορεί αυτή η μέθοδος διέγερσης να διασφαλίσει ότι οι άνθρωποι θυμούνται επιλεκτικά τι είναι σημαντικό σε λιγότερο κλινικά περιβάλλοντα;

«Τα ερωτήματα που απευθύνουν [οι ερευνητές] είναι μερικά από τα πιο συναρπαστικά σε αυτόν τον τομέα αυτή τη στιγμή», είπε ο Swann. "Αυτό είναι μια σημαντική απόδειξη αρχής… και ανυπομονώ να δω μελλοντικές μελέτες που θα βοηθήσουν στον προσδιορισμό της πιθανής συνάφειάς του για κλινικές εφαρμογές."