Ερευνητές αποδεικνύουν ότι η ακριβής χρονομετρημένη διέγερση του εγκεφάλου βελτιώνει τη μνήμη

Χρονομετρημένη με ακρίβεια ηλεκτρική διέγερση στο αριστερό τμήμα του εγκεφάλου μπορεί αξιόπιστα και σημαντικά να ενισχύσει την μάθηση και την μνημονική ικανότητα μέχρι 15%, σύμφωνα με μελέτη από επιστημονική ομάδα νευροεπιστημόνων του Πανεπιστημίου της Pennsylvania, που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα στο Nature Communications. Είναι η πρώτη φορά που γίνεται μια τέτοια σύνδεση και είναι μια σημαντική πρόοδος για την επιτυχία του σκοπού του προγράμματος Αποκατάσταση της Ενεργού Μνήμης (Restoring Active Memory – RAM), ένα πρόγραμμα που υποστηρίζεται από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ και στοχεύει στην ανάπτυξη τεχνολογιών επόμενης γενιάς για την βελτίωση της λειτουργίας της μνήμης σε βετεράνους με απώλεια μνήμης.

«Η μελέτη μας έχει δυο καινοτόμα στοιχεία», δήλωσε ο Youssef Ezzyat, κύριος ερευνητής δεδομένων στο τμήμα ψυχολογίας του Πανεπιστημίου και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Αναπτύξαμε ένα σύστημα για να παρακολουθούμε την δραστηριότητα του εγκεφάλου και να πυροδοτούμε διέγερση με ανταπόκριση που βασίζεται στην εγκεφαλική δραστηριότητα του υποκειμένου. Προσδιορίσαμε επίσης ένα καινούριο στόχο για εφαρμοσμένη διέγερση στον αριστερό πλευρικό κροταφικό λοβό».

Σε προηγούμενη εργασία ομάδας του Πανεπιστημίου υπό την ηγεσία του Michael Kahana, καθηγητή ψυχολογίας και κύριο ερευνητή του προγράμματος RAM και του Daniel Rizzuto, τότε διευθυντή της γνωστικής νευροδιαμόρφωσης στο Πανεπιστήμιο και τώρα CEO της Nia Therapeutics, στάλθηκαν ηλεκτρικοί παλμοί σε κανονικά χρονικά διαστήματα, ανεξάρτητα από την επιτυχία ενός υποκειμένου στη μάθηση. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια μιας δράσης ελεύθερης ανάκλησης μνήμης, οι ερευνητές παρουσίαζαν λέξεις σε μια οθόνη για τους ασθενείς, για να τις μάθουν και εφάρμοζαν εγκεφαλική διέγερση με κάθε άλλη λέξη σε μια προσπάθεια να βελτιώσουν το αποτέλεσμα. Σε αυτή την περίπτωση, η διέγερση δεν ήταν σε ανταπόκριση με ειδικά μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας.

Στην παρούσα μελέτη, πήραν (οι ερευνητές) ένα διαφορετικό μονοπάτι, ένα που περιελάμβανε παρακολούθηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας ενός ασθενούς σε πραγματικό χρόνο, κατά τη διάρκεια μιας δράσης. Καθώς ο ασθενής παρακολουθούσε και προσπαθούσε να μάθει μια λίστα με λέξεις, ένας υπολογιστής παρακολουθώντας και εγγράφοντας τα εγκεφαλικά σήματα θα έκανε προβλέψεις με βάση τα σήματα αυτά και τότε θα έστελνε έναν ηλεκτρικό παλμό, σε ασφαλή και μη-αισθητά για τους συμμετέχοντες επίπεδα, όταν ήταν λιγότερο πιθανό τα υποκείμενα να θυμούνται τη νέα πληροφορία.

«Κατά τη διάρκεια κάθε νέας λέξης που έβλεπε ο ασθενής, το σύστημα θα κατέγραφε και θα ανέλυε την εγκεφαλική δραστηριότητα για να προβλέψει εάν ο ασθενής την είχε μάθει αποτελεσματικά. Όταν το σύστημα ανίχνευε αναποτελεσματική μάθηση, αυτό πυροδοτούσε διέγερση, κλείνοντας τον βρόγχο», ανέφερε ο Ezzyat. Μετά τη διακοπή της διέγερσης, το σύστημα θα ακούσει και πάλι την εγκεφαλική δραστηριότητα του υποκειμένου, αναμένοντας για την επόμενη κατάλληλη ευκαιρία για να δημιουργήσει τον παλμό.

Οι μπλε κύκλοι δείχνουν τις θέσεις των ηλεκτροδίων που χρησιμοποιήθηκαν για την εγγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας για να προσδιοριστεί πότε θα εφαρμοστεί ο ήπιος παλμός. Ο κόκκινος κύκλος δείχνει την περιοχή του αριστερού λοβού.

Η μελέτη περιελάμβανε 25 νευροχειρουργικούς ασθενείς που λαμβάνουν θεραπεία για επιληψία. Οι ασθενείς συμμετείχαν σε κλινικές σε όλες τις ΗΠΑ και όλα τα υποκείμενα είχαν ήδη εμφυτευμένα ηλεκτρόδια στους εγκεφάλους τους ως μέρος του καθημερινού προγράμματος θεραπείας για τη επιληψία. Για να κατασκευάσουν τα μοντέλα που χρησιμοποίησαν την εγκεφαλική δραστηριότητα γα να κάνουν προβλέψεις, κάθε υποκείμενο που συμμετείχε εκτέλεσε τις δράσεις ελεύθερης ανάκλησης μνήμης κατά τη διάρκεια τουλάχιστον τριών 45-λεπτων περιόδων, πριν η ομάδα των ερευνητών εισαγάγει οποιαδήποτε διέγερση κλειστού βρόγχου. Οι πολλές συνεδρίες αύξησαν την πεποίθηση ότι η εγκεφαλική δραστηριότητα που συνδέθηκε με μη αποτελεσματική γνώση αντανακλούσε ένα αληθινό μοτίβο μάλλον παρά ένα τυχαίο σήμα. Οι ασθενείς μετά πήραν μέρος σε μια τουλάχιστον συνεδρία που περιελάμβανε εγκεφαλική διέγερση.

«Με την ανάπτυξη εξειδικευμένων κατά ασθενή, προσωποποιημένων μοντέλων μηχανικής μάθησης», ανέφερε ο Kahana, «μπορούσαμε να προγραμματίσουμε τον διεγέρτη να στέλνει παλμούς μόνο όταν η μνήμη προβλέπονταν να αποτύχει, παρέχοντας σε αυτή την τεχνολογία την καλύτερη δυνατότητα αποκατάστασης της λειτουργίας της μνήμης. Αυτό ήταν σημαντικό επειδή γνωρίζαμε από προηγούμενη εργασία ότι διεγείροντας τον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια περιόδων καλής λειτουργίας ήταν πιθανό να κάνουμε τη μνήμη χειρότερα».

Με το εύρημα αυτό, το τετραετές πρόγραμμα RAM πλησιάζει σε ένα πλήρες εμφυτεύσιμο σύστημα νευρικής παρακολούθησης και διέγερσης. Οι ερευνητές ανέφεραν ότι θεωρούν πως υπάρχει μεγάλη δυνατότητα για θεραπευτικά οφέλη αυτής της διέγερσης, ειδικά για ανθρώπους με τραυματικές εγκεφαλικές κακώσεις και με νόσο του Alzheimer. «Τώρα γνωρίζουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια», ανέφερε ο Rizzuto, «πού να διεγείρουμε τον εγκέφαλο για να βελτιώσουμε τη μνήμη σε ασθενείς με διαταραχές μνήμης, καθώς και πότε να τον διεγείρουμε για να μεγιστοποιήσουμε το αποτέλεσμα».

Ο Michael Sperling, κλινικός ερευνητής της μελέτης στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Thomas Jefferson, προσέθεσε: «Τώρα μπορούμε να παρακολουθούμε πότε ο εγκέφαλος φαίνεται να ξεφεύγει της πορείας και πότε να χρησιμοποιεί τη διέγερση για να διορθώνει την πορεία του. Το εύρημα απορρόφησε ένα απίστευτο ποσό προσπάθειας όχι μόνο από τους ερευνητές αλλά επίσης και από τους ασθενείς μας, που ήταν εξαιρετικά αφοσιωμένοι στη συμμετοχή τους σε αυτό το πρόγραμμα έτσι που να μπορούν να βοηθηθούν και άλλοι».

Πηγή: University of Pennsylvania

Περισσότερα στη δημοσίευση: Closed-loop stimulation of temporal cortex rescues functional networks and improves memory. Nature Communications.