Hoe lang zal het nog duren vooraleer er digitale hulpmiddelen bij of in onze hersens worden geplaatst om ons wat slimmer te maken en ons geheugen op te vijzelen? Google was al bezig om mensen met zijn bril direct maar meteen een hele databank mee te leveren, zodat we nooit meer om antwoorden verlegen hoefden te zitten. Aan de universiteit van zuidelijk Californië houdt biomedisch ingenieur Theodore Berger zich met een ‘geheugenprothese’ bezig. De prothese zou in de hersens worden geïmplanteerd en zou de functie hebben die normaal gesproken door de hippocampus wordt uitgeoefend (het korte geheugen). Het implantaat zou bij ratten en apen de geheugenvorming (moeten) verbeteren. Hij werkt nu aan een apparaatje dat bij mensen moet werken.

Het dinkske versterkt de manier waarop wij denken dat de hippocampus werkt om het korte geheugen te vormen. In zijn eerste dierexperimenten liet hij een geluid horen en blies het proefdier (konijn) in zijn/haar gelaat. Het konijn knipperde. Op een gegeven moment knippert het konijn al met zijn/haar ogen als dat het geluid alleen maar hoort. Dat heet conditionering. Hij registreerde de hippocampusactiviteit met elektrodes terwijl het konijn geconditioneerd werd en ontdekte dat de patronen in de signalen op een voorspelbare wijze veranderden.
Hersencellen vuren als ze actief zijn. Zo’n vuurpatroon noemt Berger een ruimtetijdcode. Berger: “Als de ruimtetijdcode voortschrijdt in de diverse lagen van de hippocampus, verandert die langzaam in een andere ruimtetijdcode. We weten niet waarom, maar de ruimtetijdcode wordt door de rest van de hersens herkend en gebruikt voor het lange geheugen in de hersenschors.”
De uitgaande code is het geheugen die de rest van het brein gebruikt als signaal voor het konijn om met de ogen te knipperen als hij/zij dat geluid hoort. Berger zegt te weten hoe de hippocampus dat korte geheugen omzet in het lange geheugen en die kennis heeft hij gebruikt in een wiskundig model.

Kunstmatige hippocampus

Met die algemene omzettingsregel bouwde hij een kunstmatige rattenhippocampus. Daarvoor moest hij met de ratten eerst de hele conditionering afwerken. Tijdens de conditionering werden weer de vuurpatronen in de hippocampus vastgelegd, de inkomende en uitgaande. Berger c.s. ontwikkelden een rekenmodel van het verband tussen het inkomende en uitgaande vuurpatroon. Later gaf Berger de rat een middel waardoor de geheugenvorming werd verstoord. Hij gebruikte zijn ‘digitale hippocampus’ om de hersens elektrisch te stimuleren met het vuurpatroon dat werd berekend door het wiskundige model. Vervolgens keek hij of de rat het zich herinnerde. Inderdaad. Berger: “Het leek net of ze die herinnering zelf gevormd hadden.”
Hij heeft zijn digitale geheugen ook uitgeprobeerd bij resusapen, deels in de voorhoofdskwab van de hersens. Daar zitten de uitvoerende functies zoals het gebruik maken van herinneringen om nieuwe problemen op te lossen. Het schijnt dat het implantaat ook bij de aapjes werkte.

Mensen

Zou dat bij mensen ook werken? “Al die protheses die samenwerken met de hersens hebben een groot probleem”, zegt Dustin Tyler van de Case Western Reserve-univeriteit. “Er zijn miljarden neuronen in de hersens met biljoenen verbindingen daartussen. Het is heel erg lastig een technologie te vinden die van al die neuronen en verbindingen op grote schaal gebruik kan maken.” Berger zegt dat zijn implantaat bij mensen met geheugenproblemen goede resultaten laten zien.
Er zijn oorimplantaten waarbij geluidsfrekwenties via een twaalftal elektrodes afzonderlijke zenuwen moeten prikkelen, maar die werken verre van perfect. De drager van zo’n implantaat krijgt een vaag vermoeden van wat een horende aan geluid binnenkrijgt (maar hij hoort tenminste wat). Onderzoekers zijn nog verre van de mogelijkheden om hele geheugens te simuleren, zeker niet met een elektrische code die werkt met honderd elektrodes.

Toch is er een bedrijfje, Kernel, dat brood ziet in het werk van Berger. Kernel wil implanteerbare systeempjes ontwikkelen die de aandacht en creativiteit van mensen kunnen verhogen. Hebben we het dan over implantaten die medicijnen moeten vervangen of wat?

Bron: Wired