Группа нейробиологов из Пенсильванского университета впервые показала, что электрическая стимуляция, проводимая, когда прогнозируется сбой памяти, может улучшить функцию памяти в человеческом мозгу. Та же самая стимуляция обычно становится разрушительной, когда электрические импульсы приходят в периоды эффективной функции памяти.
В исследовательскую группу входили Майкл Кахана, профессор психологии и главный исследователь программы «Восстановление активной памяти» Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США; Юсеф Эззят, старший научный сотрудник лаборатории Каханы; и Даниэль Риццуто, директор по когнитивной нейромодуляции Penn. Они опубликовали свои выводы в журнале Current Biology.
Эта работа является важным шагом на пути к долгосрочной цели восстановления активной памяти, четырехлетнего проекта Министерства обороны, направленного на разработку технологий следующего поколения, которые улучшают функцию памяти у людей, страдающих от потери памяти. Он иллюстрирует важную связь между правильно рассчитанной по времени стимуляцией глубокого мозга и ее потенциальными терапевтическими преимуществами.
Чтобы добраться до этого момента, команде Пенна сначала нужно было понять и расшифровать шаблоны сигналов, которые соответствуют максимумам и минимумам функции памяти.
«Применяя методы машинного обучения к электрическим сигналам, измеряемым в разных частях человеческого мозга, – сказал Эззят, ведущий автор статьи, – мы можем идентифицировать нейронную активность, которая указывает, когда у данного пациента будут ошибки кодирования памяти.”
Используя эту модель, команда Каханы изучила, как эффекты стимуляции различаются при плохой и эффективной функции памяти. В исследовании участвовали нейрохирургические пациенты, получающие лечение эпилепсии в больнице Пенсильванского университета, университетской больнице Томаса Джефферсона, медицинском центре Дартмута-Хичкока, больнице Университета Эмори, Юго-Западном Техасском университете, клинике Майо, Колумбийском университете, Клинический центр Национальных институтов здравоохранения и Вашингтонский университет. Участников попросили изучить и вспомнить списки общеупотребительных слов, получая при этом безопасные уровни стимуляции мозга.
Во время этого процесса команда Пенна записывала электрическую активность электродов, имплантированных в мозг пациента в рамках повседневной клинической помощи. Эти записи определили биомаркеры успешной функции памяти, модели активности, которые возникают, когда мозг эффективно создает новые воспоминания.
«Мы обнаружили, что когда электрическая стимуляция происходит в периоды эффективной памяти, память ухудшается», – сказал Кахана. “Но когда электрическая стимуляция возникает в моменты плохой функции, память значительно улучшается.”
Кахана сравнивает это с моделями трафика в мозгу: стимуляция мозга во время резервного копирования восстанавливает нормальный поток трафика.
Понимание этого процесса может улучшить жизнь многих типов пациентов, особенно с черепно-мозговой травмой или неврологическими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера. «Технология, основанная на этом типе стимуляции, – сказал Риццуто, – может привести к значительному увеличению производительности памяти, но требуется дополнительная работа, чтобы перейти от проверки концепции к реальной терапевтической платформе.”
В ноябре этого года команда RAM публично опубликовала обширный набор данных внутричерепной записи мозга и стимуляции, который включал более 1000 часов данных от 150 пациентов, выполняющих задачи памяти.