Ricerche

Un team di scienziati della Wake Forest University e dell'Università della California del Sud (USC) hanno dimostrato il primo uso riuscito di un dispositivo protesico neurale per ricordare ricordi specifici, con uno studio apparso su Frontiers in Computational Neuroscience.

Questa ricerca rivoluzionaria deriva da uno studio del 2018 del team della Wake Forest e della USC guidato da Robert Hampson PhD, professore di medicina rigenerativa, neuroscienze traslazionali e neurologia alla Wake Forest University, che ha mostrato l'implementazione riuscita di una protesi che usa i modelli di memoria di una persona per facilitare la capacità del cervello di codificare e richiamare i ricordi.

Nello studio precedente, la protesi elettronica del team si basava su un modello matematico non lineare multi-output multi-input (MIMO) e i ricercatori hanno influenzato i modelli di sparo di più neuroni nell'ippocampo, una parte del cervello coinvolta nella creazione di nuovi ricordi.

In questo studio, i ricercatori hanno creato un nuovo modello di processi che assiste l'ippocampo a ricordare informazioni specifiche. Quando il cervello cerca di archiviare o ricordare informazioni come "Ho spento la stufa?" o "Dove ho messo le chiavi della macchina?", dei gruppi di cellule lavorano insieme come ensemble (insiemi) neurali, attivandosi in modo che le informazioni vengano archiviate o richiamate.

Usando le registrazioni dell'attività di queste cellule cerebrali, i ricercatori hanno creato un modello di decodifica della memoria (MDM, memory decoding model) che consente loro di decodificare quale attività neurale è usata per archiviare diversi parti specifiche di informazioni. L'attività neurale decodificata dall'MDM ha quindi permesso di creare un modello o un codice, servito per neurostimolare l'ippocampo quando il cervello stava cercando di archiviare tali informazioni.

"Qui, non solo mettiamo in evidenza una tecnica innovativa di neurostimolazione per migliorare la memoria, ma dimostriamo anche che stimolare la memoria non è solo un approccio generale, ma può anche essere applicato a informazioni specifiche che sono fondamentali per la persona", ha affermato Brent Roeder PhD, ricercatore del Dipartimento di Neuroscienze Traslazionali della Wake Forest University e primo autore dello studio.

Il team ha esaminato 14 adulti con epilessia che stavano partecipando a una procedura diagnostica di mappatura del cervello attraverso elettrodi impiantati chirurgicamente, collocati in varie parti del cervello per individuare l'origine delle convulsioni. I partecipanti sono stati sottoposti a tutte le procedure chirurgiche, al monitoraggio post-operatorio e ai test neurocognitivi in uno dei siti dello studio.

Il team ha fornito la stimolazione elettrica MDM durante le attività di memoria di riconoscimento visivo per vedere se la stimolazione può aiutare le persone a ricordare meglio le immagini. Ha scoperto che, quando hanno usato questa stimolazione elettrica, ci sono stati cambiamenti significativi nel modo in cui le persone ricordavano le cose. In circa il 22% dei casi, c'era una notevole differenza nelle prestazioni.

Quando hanno esaminato specificamente i partecipanti con una funzione di memoria compromessa, stimolati su entrambi i lati del cervello, quasi il 40% di essi ha mostrato cambiamenti significativi nelle prestazioni della memoria.

"Il nostro obiettivo è creare un intervento in grado di ripristinare la funzione di memoria persa a causa di Alzheimer, ictus o lesioni alla testa", ha detto Roeder. "Abbiamo scoperto che il cambiamento più pronunciato si è verificato nelle persone che avevano una memoria compromessa".

Roeder ha detto che spera che la tecnologia possa essere perfezionata per aiutare le persone a vivere in modo indipendente favorendo il richiamo di informazioni critiche, tipo se avevano  preso i farmaci o se una porta è bloccata.

"Sebbene siano necessarie molte più ricerche, sappiamo che la stimolazione via MDM ha il potenziale di modificare significativamente la memoria", ha affermato Roeder.

Questa ricerca è basata su oltre 20 anni di lavoro preclinico sui codici di memoria, guidato da Sam Deadwyler PhD, professore emerito di fisiologia e farmacologia della Wake Forest University, insieme a Hampson e al team della USC guidato dagli ingegneri biomedici Theodore Berger PhD e Dong Song PhD.

Il lavoro preclinico ha applicato lo stesso tipo di stimolazione per ripristinare e facilitare la memoria impiegato nei modelli animali, usando il sistema MIMO sviluppato alla USC.