Trans­plan­tuo­ta at­min­tis ir min­ti­mis kon­tro­liuo­ja­mi ne­įga­lių­jų ve­ži­mė­liai jau rea­ly­bė – da­bar ho­ri­zon­te im­plan­tai, ku­riais ga­li­ma iš­tai­syti sme­ge­nų pa­žei­di­mus ir gal net su­lo­py­ti silp­na­pro­tys­tę

Samo Deadwylerio darbas pernelyg priminė kažką iš Matricos – ir tai buvo didelė problema. Taip pat, kaip Neo parsisiunčia kung fu meistro įgūdžius, Deadwyleris į žiurkės smegenis įdiegė elektroninius prietaisus, transplantavusius 30-ies kitų žiurkių atsiminimus, leidusius perimti treniruočių, kuriose ji niekada pati nedalyvavo, patirtį. Tyrimas galėjo būti itin svarbus atradimas – bet „visi manė, kad tai mokslinė fantastika“, sako jis. „Pamaniau sau, „niekas manimi nepatikės, nebent padaryčiau šimtą kontrolinių eksperimentų“.“

Būtent tai jis ir atliko. Praeitą gruodį – po 10 metų nuo pirmojo eksperimento – darbas pagaliau buvo publikuotas. Akimirksniu išmokstamas kung fu tebėra Holivudo kovinių filmų prerogatyva, bet šis tyrimas vis vien gali turėti milžinišką įtaką daugeliui žmonių, kenčiančių nuo smegenų pakenkimo. Galiausiai tokie patys nerviniai implantai, leidę „padovanoti“ daugelio žiurkių atminimus kitam individui, galėtų atstatyti dėl nelaimingų atsitikimų, insulto ar Alzheimerio ligos prarastą smegenų funkciją.

Daugeliui žmonių su atminties praradimu, pažeistos smegenų dalys nebegali perduoti informacijos iš vienos srities į kitą. Jeigu eitų sukurti elektroninius prietaisus, kurie galėtų interpretuoti signalus iš vienos srities, apeiti pažeistus informacijos perdavimo kanalus ir surašyti juos į kitą sritį, būtų galima padėti žmonėms atgauti gebėjimą formuoti naujus atsiminimus ar netgi, naudotis vertingais senais. Toks lustas veiktų kaip savotiškas smegenų aplinkkelis.

Tai pasiekti lengva nebus: tam reikia tokių neurologijos žinių, kurias tik dabar pradedame suprasti. Negana to, šios naujos technologijos kelia tokius etinius klausimus, kurie kadaise buvo nagrinėjami tik mokslinėje fantastikoje. Mus atsiminimai apibūdina, taigi, jų apsaugojimas nuo pažeidimų galėtų išsaugoti mūsų tapatybę – bet kai atmintis yra kompiuterio algoritmas, ar tebesi tas pats žmogus? Jau beveik metas tai išsiaiškinti: pirmieji žmonių tyrimai turėtų prasidėti per ateinančius penkerius metus.

Mūsų gebėjimas tiesiogiai bendrauti su smegenimis per pastaruosius du dešimtmečius labai paspartėjo. Technologija – vadinamosios smegenų-mašinų sąsajos – atkuria regą ir klausą kochleariniais ir tinklainės implantais. Ji taip pat padėjo žmonėms kontroliuoti protezų galūnes: robotinė ranka, prijungta prie motorinio (judinančio) smegenų branduolio, yra toks jautrus, kad pacientai su amputuotomis galūnėmis gali išlaikyti kavos puodelį, po vieną paimti vynuoges ir netgi groti gitara.

Kokie bebūtų įspūdingi, šie įrenginiai riboti. „Protezų galūnės iš esmės yra išvestie įrenginiai – skaitome vieną smegenų sritį ir naudojame ją prietaiso kontroliavimui,“ pastebi Robertas Hampsonas, dirbantis su kognityviniais implantais kartu su Deadwyleriu Wake Forest Baptistų medicinos centre Š. Karolinoje. „O tinklainės ir kochleariniai implantai yra informacijos įvesties įrenginiai. Imame prietaisų rezultatus ir perduodame juos į vieną smegenų dalį.“

Tačiau norint perduoti informaciją tarp dviejų smegenų sričių, reikia įrenginio, galinčio atlikti abi funkcijas: fiksuoti vienų neuronų aktyvumą ir kada tik reikia, elektriškai stimuliuoti kitus neuronus. Nereikia nė sakyti, kad tokia užduotis kupina iššūkių. „Norėdami sukurti kognityvinį įtaisą, pirmiausia turime išsiaiškinti, kaip atmintis atrodo,“ sako Hampsonas. Atminties pėdsakų paieškas smegenyse apsunkina faktas, kad yra daug skirtingų atminties rūšių: yra trumpalaikė „darbinė atmintis“, padedanti prisiminti telefono numerį prieš jį surenkant, proto atmintis, kurioje gali būti aidas to, ką kažkas kątik pasakė, ir ilgalaikė faktų, įgūdžių ir patirčių atmintis. Būtent šiuo ilgalaikiu atsiminimu ir kaip jis randasi iš darbinės atminties, Deadwyleris ir Hampson domisi.

Nors kiekvieno atsminimo kelias skirtingas, visi ilgalaikiai atsiminimai gyvenimą pradeda hipokampe, smegenų „spaustuvėje“. Įtaisius čia implantą, galėtų būti įmanoma įrašinėti besiformuojančius atsiminimus. Paskui reikia išsiaiškinti tam tikrą atmintį atstovaujantį nervų kodą. Manoma, tiksli tarpusavyje susijungusių neuronų aktyvavimosi eiliškumas; viena neuronų aktyvavimosi tvarka gali virsti mintimi, tarkime, apie Eifelio bokštą, tuo tarpu kita, tikriausiai persipinanti, galėtų atstovauti Paryžių bendriau.

Tyliai, per pastaruosius porą dešimtmečių, neurologai pradėjo rasti to kodo išsiaiškinimo kelius. Pirmuosius žingsnius dešimtajame XX a. dešimtmetyje žengė Theodore'as Bergerisiš Pietų Kalifornijos universiteto, naudojęs vadinamąją daugelio įvesčių/daugelio išvesčių techniką (multi-input/multi-output – MIMO). MIMO paprastai naudojamas signalų išgavimui iš triukšmo bevielėje komunikacijoje, bet Bergeris suvokė, kad tą patį principą galima pritaikyti prasmingų signalų gavimui iš milijonų veikiančių neuronų triukšmo. Tokia užduotis skeptikų nepatraukė. „Žmonės jį ilgai ilgai vadino pamišėliu,“ sako Ericas Leuthardtas, Washingtono universiteto St. Louise, Missouri'io valst, neurochirurgas.

Tai nereiškia, kad atminties ženklų nematė kiti mokslininkai. Buvo šiek tiek duomenų, rodančių, kad žmonės turi labai specializuotų neuronų, kuriuos suveikti paskatina viena koncepcija, tarkime, jų močiutė ar Jennifer Aniston.

Tačiau šios vadinamosios močiučių ląstelės koduoja siaurą idėjų ratą, tuo tarpu Berger ieškojo galimybės koduoti bet kokius atsiminimus. Lėtai, bet užtikrintai, jis parodė, kad MIMO algoritmas gali tai padaryti – naudojant jį, izoliuojamas veiksmo atminties signalas, o tiksliai taip pat paleidus jį dar kartą, atgaminamas prisiminimas.

Viename svarbiame eksperimente Bergeris, – dabar dirbantis su Deadwyleriu ir Hampsonu – implantavo lustą su elektrodais į žiurkių hipokampą. Tada MIMO algoritmu izoliavo ir įrašė atitinkamą nervinį kodą, kaip treniruoti gyvūnai paspausdavo vieną iš dviejų svirčių, kad gautų skanėstą. vaistais išjungę žiurkių gebėjimą įsiminti, kuri svirtis reiškia skanėstą, komanda panaudojo tuos pačius elektrodus įsijungimo tvarkos perdavimui atgal neuronams. Nežiūrint amnezijos, the graužikai žinojo, kurią svirtį paspausti. Kitaip tariant, algoritmas padėjo atstatyti prarastą žiurkių atmintį.

Tai buvo triumfas, rodantis, kad elektronika gali įveikti nervinį kodą ir potencialiai pakeisti pažeistas smegenų sritis – pavyzdžiui, veikdami kaip dirbtiniai hipokampai, gydant amneziją.

Esminis Deadwylerio tyrimo iškeltas klausimas buvo ar mes kiekvienas naudojame skirtingą nervinį kodą, ar yra bendresnė, visiems būdinga kalba. Čia pasitarnavo Deadwylerio ir Hampsono pastangos transplantuoti žiurkių atsiminimus. Eksperimentuose paprastai būdavo dvi žiurkių grupės, ištreniruotos bėgiot tarp dviejų arenų, spaudinėjant keletą svirčių tam tikra tvarka. Svarbiausia, viena grupė buvo ištreniruota pavėlinti savo veiksmus – jos turėdavo palaukti 30 sekundžių, kol galės paspausti svirtis, – tuo tarpu kitai grupei laukti nereikėdavo. Susidūrusios su netikėta delsa, antroji žiurkių grupė pasimesdavo – jos negalėdavo prisiminti, kurią svirtį jos buvo išmokusios paspausti. Bet kai Deadwyleris ir Hampsonas panaudojo MIMO šios užduoties įrašymui iš pirmosios grupės ir perdavė juos elektrodais antrajai grupei, to žiurkės pradėjo elgtis taip, lyg būtų buvusios treniruotos pagal kitą programą ir pasirinkdavo teisingas svirtis netgi po ilgos pauzės, nors to mokintos nebuvo. „Mūsų modelis leidžia įdiegti niekada nepatirtus prisiminimus,“ sako Hampsonas.

Ar tikrai bandymas buvo toks geras? O gal šią sėkmę galima paaiškinti kaip nors kitaip? Deadwyleris ir Hampsonas atliko daugybę kontrolinių eksperimentų, kad atmestų bet kokį kitą paaiškinimą, taip pat ir tikimybę, kad tai buvo nelauktas elektroninio smegenų dirginimo artefaktas, ar koks nors bendras pagerėjimas, sukeltas stimuliavimo elektra. Galiausiai, gruodį darbas buvo publikuotas: iš tiesų įmanoma įdiegti bendrus atsiminimus į smegenis (Journal of Neural Engineering, vol 10, p 066013).

Jei tai galėtų būti pakartota su žmonėmis, luste galėtų būti kodas, galintis suteikti žmonėms bendrus gebėjimus, tarkime, dantų valymo ar automobilio vairavimo – veiksmus, kurie po smegenų traumų dažnai prarandami. „Prieš grąžindami ką nors po smegenų traumos į darbą, norime sugrąžinti gebėjimą formuoti tuos fundamentalius atsiminimus,“ sako Justinas Sanchezas, vadovaujantis neuroprotezų tyrimui Majamio universitete Floridoje.

Sujungti

Toliau vystant, šie nerviniai lustai turėtų padėti spręsti sudėtingesnes problemas, nei paprastų įgūdžių mokymasis. „Pagalvokite apie vaikiną, grįžtantį iš karo ir negalintį prisiminti savo žmonos veido,“ sako Sanchezas. Vykdydavos tokį atpažinimą, smegenys suskaido asmenį, vietą ar daiktą į būdingus bruožus – pavyzdžiui, plaukų spalvą ar ūgį – ir koduoja juos atskirai.

Naudojant MIMO atkurti šį procesą yra ambicingas iššūkis, kurio tyrimo neseniai ėmėsi Deadwyleris ir Hampsonas. Pavyzdžiui, jie ištreniravo makakas atsiminti ekrane rodomų paveiksliukų poziciją ir formą, ir beveik po minutės pasirinkti tą patį atvaizdą iš daug didesnės paveikslėlių grupės. Visos užduoties metu elektrodai makakų smegenyse įrašinėjo hipokampe ir priekinėje žievėje susiformavusius nervinius signalus. Tada, prieš beždžionėms vėl vykdant užduotį, vaistais sutrikdė jų gebėjimą formuoti naujus ilgalaikius atsiminimus. Kai elektra stimuliavo neuronus tokiu pačiu signalu, koks buvo gautas per sėkmingus bandymus, tos beždžionės užduotį atlikdavo daug geriau. Įterpdami kodą, jie stimuliavo hipokampą ir priešakinę žievę, kad atkurtų „teisingus“ atsiminimus.

Įdomu, Deadwyleris ir Hampsonas rado modelius, kurie atstovauja ne tikslius atvaizdus į kuriuos beždžionės žiūrėjo, bet tačiau universalesnius jų bruožus, tarkime, ar buvo juose mėlynos spalvos ar žmogaus veidas. „Manome, kad taip veikia atmintis,“ sako Deadwyleris: užuot švaistūniškai kūrusios atskirus nervinius parašus kiekvienam naujam žmogui, vietai ar daiktui, smegenys suskaido gaunamą informaciją į atskirus bruožus. „Tada, norint atsiminti konkretų dalyką, nereikia atsiminti visko,“ sako jis. Ne smulkios detalės, o bruožų kombinacija padeda grąžinti dalyką į mintis.

Algoritmui galėjo padėti ir pačių beždžionių smegenų plastiškumas, spėja Daofenas Chenas iš Nacionalinio sveikatos instituto Bethesda'oje, Marylande. „Smegenys stengiasi pasitikti mašiną pusiaukelėje,“ sako jis. „Tai adaptyvus procesas. Duokite smegenims pakankamai – netgi netobulos – informacijos, ir jos išvers tai į kažką, kas joms atrodys naudinga.“ Šis reiškinys jau buvo pademonstruotas su kochleariniais implantais, ir galėtų būti stipri pagalba bet kuriems smegenų pažeidimus patyrusiems žmonėms, kurie tikisi naudoti būsimus kognityvinius implantus.

Technologijai tobulėjant, smegenų lustai, kuriuose apjungiami elektrodai ir į MIMO panašūs algoritmai, gali sugebėti išversti labai smulkias potyrio detales. Ranulfo Romo Mexico universitete parodė, kad šis lustas gali apčiuopti signalą, fiksuojantį labai delikatų pojūčio pokytį, pavyzdžiui, oda juntamų vibracijų dažnį. Siekdamas įrodyti principą, jis implantu netgi perdavė vienos beždžionės jusles į kitos smegenis, lyg jos būtų telepatės. „Beždžionės priimdavo netikras jusles taip, lyg iš savo darbinės atminties,“ sako Romo.

Šis darbas yra svarbus progreso ženklas, sako Johnas Donoghue iš Brown universiteto Providence'e, Rhode'o saloje, kurio darbai smegenų ir mašinos sąsajų srityje įkvėpė dabartinę neuroinžineriją. „Beždžionė turėjo atlikti sudėtingą suvokimo atskyrimą,“ sako jis. „Romo parodė, kad informacija ne tik aptinkama, bet ją galima ir panaudoti, lyg ji būtų tikra,“ sako jis.

Toks tiksliai suderintas jutiminės informacijos dekodavimas svarbus ne tik dėl atstatant jtiminę informaciją į atmintį. Pavyzdžiui, žmonės kartais prarada gebėjimą kalbėti dėl smegenų pažeidimo tarp Wernicke'ės ir Broca'o sričių. Tokių smulkių siganlų perėmimas ir perdavimas tarp šių dviejų regionų galėtų grąžinti kalbos dovaną.

Nepaisant visų pasiekimų, didžiausias nežinomasis lieka tų potyrių kokybė. „Gyvūno neina paklausti „koks tavo atsiminimo suvokimas?“,“ sako Sanchezas. Tai gali greitai pasikeisti. Aktyvios atminties atstatymo projektas, kurį vykdo Sanchezas Pažangių gynybos tyrimų agentūrai (Defense Advanced Research Projects Agency – DARPA), stengiasi perkelti bandymus prie tyrimų su žmonėmis. Šio mėnesio pabaigoje parinktiems tyrėjams turėtų būti skirtas finansavimas, ir vienas iš pirmųjų žingsnių bus suprasti, kaip žmogaus smegenyse naujų atsiminimų potyriai virsta elektriniu kodu.

Hipokampo stebėjimas dabar jau yra pažįstama procedūra, nes naudojama eksperimentuose su žmonėmis, turintiems nesusekama epilepsija, kai gydytojai seka jų smegenų signalus, naudodami giluminius elektrodus, kad geriau suprastų jų būklę (žr. „Išeities kodas“). Sanchez tvirtina, kad MIMO yra tik vienas iš kelių šių signalų apdorojimo kandidatų. Kai konkuruojantys algoritmai ir elektronika bus patikrinta ir ištobulinta su tokiais savanoriais, su lusto prototipais bus pradėti klinikiniai tyrimai. Šiuos tyrimus turės patvirtinti JAV Vaistų ir maisto administracija, o savanoriai pateikti informuotą sutikimą. Jei FDA lustas pasirodys pakankamai saugus, jį bus leista naudoti. DARPA tikisi panaudoti immplantus padėdama kareiviams, kare patyrusiems trauminius galvos smegenų pažeidimus.

Keletas neuroinžinierių planuoja panašius lustus žmonėms, sergantiems Alzheimerio liga ir patyrusiems insultą, priklausomai nuo pažeidimo masto. Sunkesnio smegenų pažeidimo atvejais, Hampsonas įsivaizduoja nežiojamą ant diržo prietaisą su mygtukais, padedančiais prisiminti tam tikras vietsa ir jų reikšmes. „Tarkime, esu virtuvėje – turiu prisiminti, kur sudėti įrankiai,“ sako jis. Pacientas paspaustų mygtuką „ir iškiltų kode išsaugotas atsiminimas“.

Tikslinei tokių implantų populiacijai plečiantis, kyla akivaizdus informuoto sutikimo etinis klausimas. Juk daugumos eksperimentinių procedūrų atveju sutikimui reikia sveiko proto, o atminties lustai yra intervencija žmonėms, kurių būtent protas pažeistas. Tiek Deadwyleris, tiek Sanchezas tvirtina, kad reikalas aiškesnis, nei atrodo: jau seniai yra procedūros, leidžiančios artimiesiems priimti sprendimus dėl esančių komoje ar sergančių, pavyzdžiui, Alzheimerio liga žmonių.

Gilesni atminties modifikavimo klausimai mene buvo nagrinėjami dar gerokai anksčiau, nei Neo parsisiuntė kung fu. Kaip siurrealistinio kino tėvas Luisas Buñuelis, sakė: „Mūsų atmintis yra mūsų darna, protavimas, mūsų jautimas, netgi mūsų veikimas. Be jos mes esame niekas.“ Ar dirbtinai pakeitus atsiminimus, tu tebebūsi tu?

Deadwylerio ir Hampsono eksperimentas su žiurkėmis parodo vieną galimą galimą problemą: jūsų atsiminimai gali nebebūti jūsų. „Aktyvavus tinkamus takus, sukuriama iliuzija, kad kažką prisimeni,“ sako Romo. Kokia kontrolė galėtų užtikrinti, kad kiekvienas implantuotas atsiminimas atspindės to žmogaus aplinkos realybę? Ir ar šie atsiminimai yra jūsų ar ne, kai sužadindami su atmintimi susijusius neuronus jie tiesiogiai ar netiesiogiai lems jūsų apsisprendimo pokyčius – kas atsakingas už tų sprendimų pasekmes?

Dar gali būti, kad tokie lustai gali atgaminti seniai palaidotus įvykius. Ne visi šie prisiminimai bus geidžiami – vienas didžiausių smegenų talentų yra gebėjimas užmiršti, kaip ir atsiminti. Bet gal tai nedidelė kaina gyvenimą, kaupiant naujus atsiminimus.

Sally Adee
New Scientist № 2972

Komentarai (0)