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Sistema di memoria protesica provato con successo negli esseri umani
Gli scienziati del Wake Forest Baptist Medical Center e della University of Southern California (USC) hanno dimostrato la riuscita dell'implementazione di un sistema protesico che usa i modelli di memoria di una persona per facilitare la capacità del cervello di codificare e richiamare i suoi ricordi.
Nello studio pilota, pubblicato oggi nel Journal of Neural Engineering, le prestazioni della memoria a breve termine dei partecipanti hanno mostrato un miglioramento del 35-37% rispetto alle misurazioni di base.
"Questa è la prima volta che gli scienziati sono riusciti a identificare il codice o lo schema cellulare cerebrale della memoria di un paziente e, in sostanza, 'includere' quel codice per far funzionare meglio la memoria esistente, un primo passo importante per ripristinare potenzialmente la perdita di memoria", ha detto il primo autore dello studio Robert Hampson PhD, professore di fisiologia / farmacologia e neurologia della Wake Forest Baptist.
Lo studio si è concentrato sul miglioramento della memoria episodica, che è il tipo più comune di perdita di memoria nelle persone con Alzheimer, ictus e trauma cranico. La memoria episodica è un'informazione nuova e utile per un breve periodo di tempo, ad esempio dove hai parcheggiato l'auto in un dato giorno. La memoria di riferimento è l'insieme delle informazioni che sono conservate e usate per un lungo periodo, come ad esempio ciò che viene appreso a scuola.
I ricercatori hanno arruolato pazienti con epilessia del Wake Forest Baptist, che stavano partecipando a una procedura diagnostica del cervello che prevede l'impianto chirurgico di elettrodi, posizionati in varie parti del cervello per individuare l'origine delle crisi dei pazienti.
Con il sistema elettronico protesico del team, basato su un modello matematico non lineare multi-ingresso e multi-uscita (MIMO), i ricercatori hanno influenzato i modelli di 'sparo' di più neuroni nell'ippocampo, una parte del cervello coinvolta nella creazione di nuovi ricordi, in 8 di quei pazienti.
Prima, hanno registrato i modelli neurali o 'codici' mentre i partecipanti allo studio eseguivano un compito di memoria computerizzato. Ai pazienti è stata mostrata un'immagine semplice, ad esempio un blocco di colore, e dopo un breve ritardo in cui lo schermo è stato oscurato, è stato quindi chiesto di identificare l'immagine iniziale in mezzo a 4 o 5 sullo schermo.
Il team della USC, guidato dagli ingegneri biomedici Theodore Berger PhD e Dong Song PhD, ha analizzato le registrazioni delle risposte corrette e ha sintetizzato un codice basato su MIMO per prestazioni di memoria corrette. La squadra del Wake Forest Baptist ha riprodotto quel codice per i pazienti, mentre eseguivano il compito di richiamo dell'immagine. In questo test, le prestazioni della memoria episodica dei pazienti hanno mostrato un miglioramento del 37% rispetto al basale.
In una seconda prova, ai partecipanti è stata mostrata un'immagine fotografica altamente distintiva, seguita da un breve ritardo, e si è chiesto loro di identificare la prima foto tra altre 4 o 5 sullo schermo. Gli esperimenti di memoria sono stati ripetuti con immagini diverse mentre venivano registrati i modelli neurali durante il test, per identificare e fornire i codici della risposta corretta.
Dopo un altro lungo ritardo, il gruppo di Hampson ha mostrato ai partecipanti delle serie di tre foto alla volta, con una foto originale e una nuova incluse nei set, e ha chiesto ai pazienti di identificare le foto originali, che erano state viste circa 75 minuti prima. Quando stimolati con i codici di risposta corretta, i partecipanti allo studio hanno mostrato un miglioramento del 35% della memoria rispetto al basale.
Hampson ha affermato:
"Abbiamo dimostrato che possiamo attingere al contenuto della memoria di un paziente, rinforzarlo e restituirlo al paziente.
"Anche quando la memoria di una persona è compromessa, è possibile identificare gli schemi di attivazione neurali che indicano la corretta formazione della memoria e separarli dagli schemi errati. Possiamo quindi alimentare gli schemi corretti per aiutare il cervello del paziente a formare con precisione nuovi ricordi, non in sostituzione della memoria innata, ma come un suo potenziamento.
"Fino ad oggi abbiamo cercato di determinare se siamo in grado di migliorare le capacità residue di memorizzare. In futuro, speriamo di essere in grado di aiutare le persone a conservare ricordi specifici, come dove vivono o come sono i loro nipotini, quando la loro memoria complessiva comincia a scemare".
Lo studio attuale è basato su oltre 20 anni di ricerca preclinica sui codici di memoria, guidata da Sam Deadwyler PhD, professore di fisiologia e farmacologia alla Wake Forest Baptist, insieme a Hampson, Berger e Song. Il lavoro preclinico ha applicato lo stesso tipo di stimolazione per ripristinare e facilitare la memoria nei modelli animali con il sistema MIMO, sviluppato alla USC.
Fonte: Wake Forest Baptist Medical Center (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Robert E Hampson, Dong Song, Brian S Robinson, Dustin Fetterhoff, Alexander S Dakos, Brent M Roeder, Xiwei She, Robert T Wicks, Mark R Witcher, Daniel E Couture, Adrian W Laxton, Heidi Munger-Clary, Gautam Popli, Myriam J Sollman, Christopher T Whitlow, Vasilis Z Marmarelis, Theodore W Berger and Sam A Deadwyler. Developing a hippocampal neural prosthetic to facilitate human memory encoding and recall. Journal of Neural Engineering, Volume 15, Number 3, Published 28 Mar 2018, DOI: 10.1088/1741-2552/aaaed7
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