Mälestused on meie keha neurofüsioloogiliste mehhanismide töö üks hämmastavamaid, hämmastavamaid ja samal ajal vähe uuritud tulemusi. Lõppude lõpuks võimaldab meie ajus olevate pisikeste sünapsite töö ja neuronite aktiveerimine mingil moel ühendada nende asjadega, mis meile meelde jäävad. Kõigi meie mälestuste summa teeb meist selle, kes me oleme. Nad oleme igas mõttes meie. Ilma nendeta lakkaksime olemast see, kes me oleme.
Ühes Briti ulmeseeria "Must peegel" (kes pole jälginud, soovitan seda väga soovitada) ühes episoodis, mis räägib meie võimalikust düstoopilisest tulevikust, räägiti pisikesest seadmest, mis implanteeritakse inimese kõrva taha ja annab talle võimaluse mitte ainult mõnda kiiresti meelde tuletada hetk minevikust, aga ka "mängi" seda hetke oma peas hämmastavalt selgetes detailides, nagu film ekraanil su silme ees.
Lõuna-California ülikooli biomeditsiiniinsener Theodore Berger ei luba seda mälestustele tagasipöördumise taset (mis on ehk kõige parem), kuid on juba pikka aega töötanud sarnaste mäluimplantaatide kallal. Tänu ajuosa spetsiaalsele elektrilise stimulatsiooni meetodile otse ajju implanteeritud seade suudab jäljendada hipokampuse funktsioone, võimaldades mälestuste teket. Sellise seadme esimeste modifikatsioonide testid viidi läbi laboratoorsete hiirte ja ahvidega. Teadlase sõnul on aeg hakata sellist seadet inimeste peal katsetama.
Bergeri seade põhineb teoorial, kuidas hipokampus muudab lühiajalised mälestused (näiteks kuhu paned oma võtmed) pikaajalisse mällu (saate hiljem meelde jätta, kuhu need panite). Teadlane viis oma varajased katsed läbi küülikutega: esiteks mängis ta teatud heli ja seejärel puhus nende nägu, sundides neid vilkuma. Peagi märkis ta, et pärast heli kuulmist hakkavad küülikud vilkuma isegi ilma õhuvooluta. Berger otsustas hipokampuse aktiivsuse sel hetkel entsefalogrammi abil registreerida (ta ühendas aju aktiivsust lugevaid elektroode küüliku peaga) ja leidis, et küülikud õppisid seostama kõlava heli neile tekitatava õhuvoolu edasise mõjuga. Entsefalogrammi pilt näitaset signaalid hipokampuses muutuvad sel hetkel täiesti etteaimataval viisil.
“Koolituse kaudu on hipokampus aktiivselt osalenud impulsside (signaalide) vooluringi muutmises,” kommenteerib Gregory Clarke, endine Bergeri tudeng ja Utahi ülikooli (USA) biomeditsiinitehnika professor.
Berger ise andis sellele rakendatud impulsside skeemile nime "ruumi-aja kood". Ja selle koodi määrab see, millised aju neuronid osalevad signaali edastamises ja millal see ülekanne täpselt toimub.
„Ruumiaegse koodi edastamine läbi hipokampuse erinevate kihtide aja jooksul muudab selle erinevaks ruumi-aja koodiks. Me ei tea veel, miks, kuid kui see juhtub, on tulemuseks olev aegruumi kood see, mida ülejäänud aju suudab pikaajalise mäluna tajuda,”selgitab Berger.
Väljuv kood on mälu, mida ülejäänud aju kasutab loetava ja arusaadava signaalina. Küülikute puhul paneb see pärast teatud heli kuulmist vilkuma. Bergeri sõnul suutis ta tuletada matemaatilise mudeli, mis on üldiselt hipokampuse käitumisreegel, mida kasutatakse lühiajaliste mälestuste muutmiseks pikaajalisteks.
Reklaamvideo:
Selle üldreegli abil lõi ta laborirottide jaoks kunstliku hipokampuse. Esmalt õpetas ta närilisi mälupõhiste ülesannete täitmiseks. Ta õpetas närilisi vajutama ühte kahest külgnevast väikesest kangist ja ärritas neid seejärel suunatulega. Mõne aja pärast, kui koolitatud näriline ülesande juurde tagasi jõudis, õpetas Berger teda vajutama teist hooba, vastupidiselt sellele, mida rott vajutas. Nii demonstreeriti, et näriline mäletas, mida temalt nõuti.
Nende treeningute ajal salvestasid Berger ja tema kolleegid näriliste hipokampust läbivate signaalide jaotuse ja märkisid, et pulga vajutamisega vastavad ruumi-aja koodid ülesande mälule. Teadlased on kogunud teavet hipokampusesse sisenevate ja sealt väljuvate signaaliahelate kohta ning nende andmete põhjal töötasid välja matemaatilise mudeli, mis oskas ennustada algselt saabuvale väljuvale kosmose-aja koodile. Hiljem, kui Berger süstis ravimit, mis blokeerib kangide surumiseks koolitatud rottide mälu teket, kasutas ta oma seadet aju elektriliseks stimuleerimiseks impulsside mustriga, mis vastas tema matemaatilise mudeli järgi ennustatud väljuvale aja-aja koodile. Katse lõppes täieliku eduga. Rotid vajutasid paremaid hoobasid.
Nende aju viitas õigele koodile, justkui oleks kood ise loodud. Nii õppisime mälestused ajusse tagasi tooma,”kommenteerib Berger.
Berger testis implantaadi funktsionaalsust ka reesusahvidel, taastades nende võime meenutada mälestusi prefrontaalse ajukoore ühest osast. See valdkond on kaasatud täidesaatvate funktsioonide töösse, näiteks kasutatakse mälestusi uute, varem esinenud ülesannete lahendamiseks. Selles kontekstis on implantaat osutunud tõhusaks ka ahvide mälufunktsiooni parandamisel.
Kuid kas sarnast implantaati saab kasutada inimestel ja kas see töötab?
"Kõik need ajuga vahetult interakteeruvad implantaadid peavad seisma silmitsi ühe põhimõttelise probleemiga," ütleb Case Western Reserve'i ülikooli inseneriprofessor Dustin Tyler.
“Ajus on miljardeid neuroneid ja triljoneid interneuronaalseid ühendusi (sünapsid), mis võimaldavad neil koos töötada. Seetõttu on äärmiselt keeruline proovida leida tehnoloogiat, mis suudaks nii paljude neuronitega otseselt suhelda ja neid mõistlikult kõrgel tasemel töötamiseks ühendada."
Kui cochlear implantaadid, mis simuleerivad helisageduse komplekti, stimuleerides kuulmisnärvi läbi paarikümne elektroodi, ei saa lõppkokkuvõttes täiuslikult heli simuleerida, siis mida saaksime öelda sellise keerukama süsteemi nagu mälu kohta? Peate mõistma, et praegusel meetodite ja tehnoloogiate tasemel, kasutades kõiki neid elektroode, on teadlased mälestuste modelleerimise reaalsest võimalusest endiselt väga kaugel. Kuid see ei takistanud uut alustavat Kernelit Bergeriga ühendust võtmast, teda palgata, muuta ta selle teadusosakonna juhatajaks ja teadustööd rahastada.
Kerneli algne eesmärk oli tuua Bergeri implantaadid turule meditsiiniseadmetena, mis võivad aidata mitmesuguste mäluprobleemidega inimesi. Berger viib praegu läbi oma implantaadi kliinilisi uuringuid vabatahtlikega ja teatab, et patsiendid täidavad mälukatseid hästi. Ideaalis soovib Kernel aga Kerneli tegevjuhi Brian Johnsoni sõnul välja töötada seadmeid, mida lihtsa ja ohutu operatsiooni abil saab inimese ajusse siirdada ning parandada inimese intelligentsust sellistes valdkondades nagu tähelepanu, loovus ja keskendumine.
Muidugi muutub selline tulemus erinevate reguleerivate asutuste jaoks uueks tegevusvaldkonnaks ning tekitab palju vaidlusi ja küsimusi: kas need seadmed on meditsiinilised või tavalised tarbijad? Ja kas me peame nende jaotust reguleerima? Tervishoiuorganisatsioonide seisukohast peetakse selliseid seadmeid, kui muu hulgas neil on võime diagnoosida või ravida haigusi või mõjutada organismi funktsioonide ülesehitust ja toimimist, siis tõenäoliselt selliseid vahendeid. Kuid nahaalused implantaadid, mis võivad inimese keskendumisvõimet või loovust suurendada, pääsevad tõenäoliselt rangest regulatiivsest järelevalvest ja neid käsitletakse samade tavapäraste toidulisanditena, mis stimuleerivad meie aju.
Johnson ise ei kommenteerinud, millises suunas tema ettevõte Kernel töötab ja milliseid seadmeid kavatseb ta lõpuks tootma hakata. Tõenäoliselt sõltub kõik konkreetsest implantaadist, selle funktsioonidest, ulatusest ja võimalikest kõrvaltoimetest. Muidugi, igal meditsiiniseadmel, nagu igal ravimil, on oma kõrvaltoimed. Praegu võime vaid oodata ja loota, et neil kõrvaltoimetel on positiivne külg ega muutu seriaali "Must peegel" uue jahutamise episoodi uueks inspiratsiooniks.
NIKOLAY KHIZHNYAK
