Фантастические романы, в которых человеческий мозг многократно расширяет свои возможности за счет вживленной в него электроники, стали на шаг ближе к реальности. При помощи платиновых микроэлектродов медики добились улучшения пространственной памяти.
Группа американских врачей описала результаты своей работы на страницах медицинского издания The New England Journal of Medicine (один из самых цитируемых научных журналов мира). В эксперименте приняли участие семь пациентов, страдавшие тяжелой формой эпилепсии, при которой приступы зачастую не удавалось предотвратить лекарствами. Вживление электродов было для них едва ли не единственным шансом улучшить свое состояние.
Тяжелые формы эпилепсии, болезнь Паркинсона и хронические боли (например, на поздних стадиях онкологических заболеваний) — таков на сегодня список заболеваний, при которых помогает стимуляция глубинных отделов мозга электрическими импульсами. В рамках экспериментов аналогичным путем пытаются бороться с тяжелой депрессией, а в 2007 году на страницах Nature был описан пример человека, вышедшего после стимуляции мозга из шестилетней комы. Опыты на животных также показали, что при помощи микроэлектродов можно влиять и на память, но вот только не всегда положительным образом.
Авторы медицинского эксперимента, о котором сейчас идет речь, отталкивались от накопленной ранее информации про то, что разные участки мозга реагируют на стимуляцию по-разному. Эксперименты на мышах и крысах указали на места, раздражение которых электрическими импульсами способно нарушить процесс формирования памяти и на области, которые, напротив, могут быть связаны с ее закреплением.
Консолидация памяти
Память, как известно ученым, бывает разная. Когда вы читаете эти строки, ваша краткосрочная память позволяет удержать в голове те буквы и слова, на которые глаз уже не смотрит — а долговременная память обеспечивает понимание текста в целом. Когда вы запоминаете номер телефона или фамилию коллеги, эта информация должна перейти из краткосрочной памяти в долговременную: память должна консолидироваться.
Во второй половине XX века нейробиологам удалось выяснить многое из того, что происходит в мозге при консолидации памяти. Стало известно, что в отдельных нейронах начинают синтезироваться дополнительные молекулы определенных белков, а в области контактов клеток друг с другом меняется количество ответственных за передачу сигнала рецепторов. Интенсивное обучение провоцирует появление новых клеток, часть из которых потом, впрочем, отбраковывается и отмирает; существующие клетки могут формировать новые отростки и контакты с другими нейронами.
Выбрав семерых пациентов, у которых в подходящие области уже были вживлены электроды, медики провели серию опытов с электростимуляцией. Пациентам предложили выполнить задание, напоминающее компьютерную игру — в виртуальном городе они должны были развести пассажиров по шести разным остановкам; задача была выбрана не случайно, а как уже хорошо изученный врачами в прошлом пример теста пространственной памяти. Изученный и безопасный, ведь не за руль же настоящей машины сажать пациента, который еще недавно страдал от сильных эпилептических приступов и за которым на всякий случай постоянно наблюдал врач-невролог!
Серия тестов показала — к трем из шести остановок пациенты подъезжали быстрее и с меньшим количеством ошибок. Для каждого это были свои остановки и они совпадали с теми, движение к которым сопровождалось изначально электростимуляцией; ряд контрольных тество также показал, что этот эффект нельзя спсиать на, скажем, улучшение координации движений из-за стимуляции мозга.
Инструмент, позволяющий улучшить запоминание карты города, создан. Конечно, вряд ли им станут пользоваться именно в таком качестве, но многие пациенты с нарушениями памяти со временем могут оценить метод по достоинству, ведь от способности ориентироваться в пространстве зависит в немалой степени и возможность к самостоятельному передвижению. На переход от первых клинических экспериментов к рядовому решению могут уйти годы, но принципиальная возможность улучшения памяти за счет электростимуляции мозга уже доказана.
По всему миру
Не стоит думать, что проблемами взаимодействия человеческого мозга с электроникой занимаются только в Калифорнии. В январе 2012 года мы писали про работу ученых из СПбГУ, которые разработали математическую модель зрительной коры - модель, которая на шаг ближе делает другое фантастическое устройство, протез глаза.