Η ακριβής χρονική ηλεκτρική διέγερση στην αριστερή πλευρά του εγκεφάλου μπορεί αξιόπιστα και σημαντικά να βελτιώσει την απόδοση της μάθησης και της μνήμης κατά 15%, σύμφωνα με μελέτη της ομάδας επιστημόνων του Πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
Είναι η πρώτη φορά που έχει γίνει μια τέτοια σύνδεση και αποτελεί σημαντική πρόοδο προς το στόχο της αποκατάστασης της ενεργούς μνήμης, ένα έργο που χρηματοδοτείται από το υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ με στόχο την ανάπτυξη τεχνολογιών επόμενης γενιάς για τη βελτίωση της λειτουργίας μνήμης σε βετεράνους με απώλεια μνήμης.
“Η μελέτη μας έχει δύο καινοτόμες πτυχές”, δήλωσε ο Youssef Ezzyat, ανώτερος επιστήμονας στο τμήμα ψυχολογίας του Penn στη Σχολή Τεχνών και Επιστημών και επικεφαλής του συγγραφέα στην εφημερίδα. «Αναπτύξαμε ένα σύστημα για να παρακολουθούμε την εγκεφαλική δραστηριότητα και να ενεργοποιούμε την διέγερση με βάση την εγκεφαλική δραστηριότητα του υποκειμένου. Προσδιορίσαμε επίσης έναν νέο στόχο για την εφαρμογή διέγερσης, τον αριστερό πλευρικό χρονικό φλοιό».
Σε προηγούμενες εργασίες της ομάδας Penn, με επικεφαλής τον Michael Kahana, κύριο ερευνητή καθηγητή ψυχολογίας και προγράμματος RAM, και ο Daniel Rizzuto, διευθυντής της γνωστικής νευροδιαμόρφωσης, παραδόθηκαν ηλεκτρικά όσπρια σε τακτά χρονικά διαστήματα, ανεξάρτητα από την επιτυχία του μαθητή στη μάθηση. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια μιας εργασίας μνήμης ελεύθερης ανάκλησης, οι ερευνητές παρουσίαζαν λέξεις σε μια οθόνη για να μάθουν ο ασθενής και εφάρμοζαν εγκεφαλική διέγερση με κάθε άλλη λέξη σε μια προσπάθεια βελτίωσης του αποτελέσματος. Στην περίπτωση αυτή, η διέγερση δεν ανταποκρίθηκε σε συγκεκριμένα πρότυπα εγκεφαλικής δραστηριότητας.
Στην τρέχουσα μελέτη, έλαβαν μια διαφορετική πρόσφυση, η οποία περιελάμβανε την παρακολούθηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας του ασθενούς σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια μιας εργασίας. Καθώς ο ασθενής παρακολουθούσε και προσπαθούσε να απορροφήσει μια λίστα λέξεων, η παρακολούθηση του υπολογιστή και η καταγραφή των σημάτων του εγκεφάλου θα προέβλεπαν προβλέψεις με βάση αυτά τα σήματα και στη συνέχεια θα έδιναν έναν ηλεκτρικό παλμό, σε ασφαλή επίπεδα και απρόσεκτοι από τους συμμετέχοντες, τις νέες πληροφορίες.
“Κατά τη διάρκεια κάθε νέας λέξης που βλέπει ο ασθενής, το σύστημα θα καταγράψει και θα αναλύσει τη δραστηριότητα του εγκεφάλου για να προβλέψει αν ο ασθενής το είχε μάθει αποτελεσματικά. Όταν το σύστημα ανίχνευσε αναποτελεσματική μάθηση, αυτό προκάλεσε διέγερση, κλείνοντας το βρόχο”, δήλωσε ο Ezzyat.
Μετά την απενεργοποίηση της διέγερσης, το σύστημα θα ακούσει και πάλι την εγκεφαλική δραστηριότητα του υποκειμένου, περιμένοντας την επόμενη κατάλληλη ευκαιρία να παραγάγει τον παλμό.
Η μελέτη περιελάμβανε 25 νευροχειρουργικούς ασθενείς που έλαβαν θεραπεία για επιληψία. Οι ασθενείς συμμετείχαν σε κλινικές εγκαταστάσεις σε ολόκληρη τη χώρα, όπως το Νοσοκομείο του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια, το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Thomas Jefferson, το Πανεπιστήμιο του Southwestern στο Πανεπιστήμιο, το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Emory, το Ιατρικό Κέντρο Dartmouth-Hitchcock και η Κλινική Mayo. Όλα τα άτομα είχαν ήδη εμφυτεύσει ηλεκτρόδια στους εγκεφάλους τους ως μέρος της συνήθους κλινικής θεραπείας για επιληψία.
Για να δημιουργήσουν τα μοντέλα που χρησιμοποίησαν την εγκεφαλική δραστηριότητα για να κάνουν προβλέψεις, κάθε συμμετέχων πραγματοποίησε την εργασία μνήμης ελεύθερης ανάκλησης κατά τη διάρκεια τουλάχιστον τριών 45λεπτων συνεδριών προτού η ομάδα της Penn εισαγάγει οποιαδήποτε διέγερση κλειστού βρόχου. Οι πολλαπλές συνεδρίες αύξησαν την εμπιστοσύνη ότι η δραστηριότητα του εγκεφάλου που συνδέεται με την αναποτελεσματική μάθηση αντανακλούσε ένα πραγματικό μοτίβο και όχι ένα τυχαίο χτύπημα. Στη συνέχεια, οι ασθενείς συμμετείχαν σε τουλάχιστον μία συνεδρία που περιελάμβανε εγκεφαλική διέγερση.
“Με την ανάπτυξη ειδικών για το ασθενή εξατομικευμένων μοντέλων μηχανικής μάθησης, θα μπορούσαμε να προγραμματίσουμε τον διεγέρτη μας να παράσχει παλμούς μόνο όταν η μνήμη είχε προβλεφθεί να αποτύχει, δίνοντας έτσι στην τεχνολογία αυτή την καλύτερη πιθανότητα αποκατάστασης της λειτουργίας μνήμης. Γνωρίζαμε από την προηγούμενη δουλειά ότι η τόνωση του εγκεφάλου κατά τις περιόδους καλής λειτουργίας ήταν πιθανό να επιδεινώσει τη μνήμη ».
Με αυτό το εύρημα, το τετραετές πρόγραμμα RAM πλησιάζει σε ένα πλήρως εμφυτεύσιμο νευρικό σύστημα παρακολούθησης και διέγερσης. Οι ερευνητές δήλωσαν ότι πιστεύουν ότι υπάρχουν μεγάλες δυνατότητες για τα θεραπευτικά οφέλη αυτής της διέγερσης, ιδιαίτερα για άτομα με εγκεφαλικό τραύμα και νόσο του Alzheimer. “Τώρα γνωρίζουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια”, δήλωσε ο Rizzuto, “πού να τονώσουμε τον εγκέφαλο για να ενισχύσουμε τη μνήμη σε ασθενείς με διαταραχές μνήμης, καθώς και πότε να μεγιστοποιήσουμε το αποτέλεσμα”.