Každý člověk je definován svými vzpomínkami a tím, jak utvářejí jeho osobnost. Právě proto nás zhoršující se paměť a poztrácené vzpomínky tak děsí.

Co kdybychom mohli schopnost mozku uchovávat vzpomínky technologicky vylepšit?

Právě to zkouší tým doktora Dong Songa z Jihokalifornské univerzity. Spolu se spolupracujícími experty tým pokládal základy této technologie posledních 30 let. Jejich společná studie publikovaná v magazínu Frontiers in Human Neuroscience, popisuje první důkaz, že lidem je možné implantovat „paměťovou protézu.

Implantát má podobu série elektrod zavedených do hippokampu, struktury uložené hluboko v mozku, která je klíčová pro formování epizodických vzpomínek, a tak i krátkodobé paměti. Elektrody pracují podle důmyslných algoritmů.

Naše paměť je sérií elektrických impulzů předávaných z jednoho neuronu na druhý. Vědci vycházeli z předpokladu, že když tyto elektrické signály zachytí během učení, budou je moci mikroelektrodami znovu na povel přehrát.

Systém, který testovali, simuluje stejné procesy, které hippokampus provádí sám od sebe. Alespoň podle teorie – ale co říká praxe?

Jak odhalit paměť?

Zmíněný postup vědci otestovali na skupině 25 pacientů s epilepsií. Těm jsou mikroelektrody někdy implantovány jako forma léčby – vědci je tak občas používají i pro testování jiných terapií.

Neuroprotéza se u nich zaměřila na dvě oblasti hippokampu – oblasti CA1 a CA3, jejichž význam pro tvorbu vzpomínek potvrdily desítky let studií na zvířatech. Klíčový pro její fungování byl však zmíněný algoritmus, podle kterého pracuje.

Náš mozek je neustále aktivní. Kolují přes něj nejen signály pro formování vzpomínek, ale i pro běžný provoz. Ani samotná paměť není jednoduchý proces. Každý signál putující z každého našeho smyslu může jakýkoliv implantát přehltit.

Mozek navíc není počítačový čip. Pokud bychom si CA1 a CA3 regiony představili jako počítačový čip, byl by to čip s vysokou úrovní šumu. Přesto právě k čipu museli vědci fungování mozku připodobnit, pokud chtěli pomocí počítače s mozkem komunikovat.

Nakonec s pochopením toho, které signály jsou důležité a které důležité nejsou, pomohlo strojové učení. K tomu, aby rozluštil fungování paměti tým vypracoval dva algoritmy.

První, model dekódování paměti (MDM), sbírá průměr elektrických vzorců u více lidí, kteří si vytvářejí vzpomínky. Druhý, multi-input, multi-output (MIMO), je složitější – zahrnuje jak vstupní, tak výstupní elektrické vzory a napodobuje tyto signály v prostoru i čase. 

Studie ukázala, že zavedení nervových signálů kódujících jeden typ paměti při specifickém úkolu posílilo paměť o desítky procent.

‚Ochutnávka budoucnosti‘

Vědci ověřovali svou teorii v testu, jehož účastníkům na obrazovce počítače ukázali obrázek a po pauze je požádali vybrat stejný obrázek mezi sedmi různými podobně vypadajícími alternativami. Tento test byl proveden v jeden den bez aktivovaných MDM a MIMO algoritmů a druhý den s nimi.

Implantát nedokáže „zázraky“, oživí jen vzpomínky, jichž byl svědkem. Ačkoli v budoucnu může být metoda vylepšena do té míry, že implantát dokáže posilovat vzpomínky i z doby před implantací elektrod, zatím toho schopný není. Navíc jeho účinnost není vysoká.

Stimulace mozku lidí s epilepsií zvýšila výkonnost paměti u těch, kterým byly aplikovány pulzy MDM využívající zprůměrované elektrické signály, jen o 13,8 procenta. Při modelu MIMO, který napodobuje nervové signály hippokampu, se výkon zlepšil o 36 procent.

„Je to zatím pouze ochutnávka budoucnosti, v níž bychom mohli být schopni udělat něco pro obnovení funkce paměti,“ řekl doktor Kim Shapiro z Birminghamské univerzity, který se na studii nepodílel, časopisu MIT Technology Review.