Связанный контент
- Эти ученые хотят развязать армию гусениц, чтобы уничтожить посевы кокаина
Стимулируя нервную активность с помощью электродов, исследователи повысили умственные способности макак-резусов под воздействием кокаина. Изображение через Wikimedia Commons / JM Garg
За прошедший год мы стали свидетелями изобретения все более изощренных протезов, ушей и глаз - идей и изобретений, которые когда-то казались настолько причудливыми, что принадлежали к сфере научной фантастики. Теперь команда ученых из Университета Уэйк Форест в Северной Каролине делает еще один шаг вперед, работая над созданием протеза для самого сложного органа из всех: разума.
Как показано в статье, опубликованной сегодня в Журнале нейронной инженерии, исследователи создали способ манипулировать нейронной активностью макак-резусов, чтобы помочь им в принятии решений, когда их когнитивные способности были нарушены из-за введения кокаина. Ученые говорят, что их исследования могут когда-нибудь привести к новому способу помощи людям, у которых снижена когнитивная способность к болезням или травмам.
Чтобы установить основу для способностей принятия решений у обезьян, исследователи обучили их выполнять простую задачу сопоставления на компьютере. Когда каждая из пяти обезьян, использованных в исследовании, смотрела на экран компьютера, им показывали одно изображение в виде картинки, а затем экран становился пустым в течение минуты или двух. Затем вернулась оригинальная картинка вместе с одним-семью другими изображениями.
В то же время положение рук обезьян на столешнице перед компьютером отслеживалось с помощью камеры, которая обнаруживала ультрафиолетовый свет, который отражался от специального отражателя, прикрепленного к тыльной стороне рук обезьян. Положение их рук, обнаруженное камерой, было оцифровано и введено в компьютер, поэтому, когда они двигали руками, курсор на экране компьютера двигался, как будто они держали мышь.
Когда изображения возвращались на экран компьютера после пустого интервала, если обезьяны наводили курсор на исходное изображение, которое им показывали, они были вознаграждены каплей сока через бутылку, расположенную рядом с их ртами. В течение нескольких месяцев каждая обезьяна справлялась с заданием и обучалась, пока не смогла выбрать правильное изображение в течение 40–75 процентов времени, в зависимости от количества показанных фотографий.
В то время как они выполняли сопоставление, однако, исследователи тщательно отслеживали нейронные паттерны обезьян с записывающими цилиндрами, которые были имплантированы в префронтальную кору животных, область мозга, о которой известно, что она активна во время задач по принятию решений. Ученые обнаружили, что одни и те же паттерны нейронной активности достоверно возникали в этой области всякий раз, когда обезьяны успешно выполняли задачу, и реже, когда обезьяны выбирали неправильную картину.
Затем все стало интересно: когда обезьяны смотрели на изображения и пили сок, исследователи тайком вводили каждому из них кокаин. Поскольку известно, что этот препарат нарушает навыки постоянной концентрации и принятия решений, необходимые для правильного выполнения задачи по подбору компьютера, показатели успешности обезьян предсказуемо снижаются, и они выбирают правильное изображение на 13 процентов реже, чем до введения кокаина.,
Когда исследователи использовали электроды, которые они ранее имплантировали в мозг обезьян - расположенные в точных точках внутри префронтальной коры головного мозга, которая надежно стреляла, когда они правильно совпали с изображением, - чтобы позже вызвать те нейроны, копируя образцы стрельбы, результаты были драматичными.
«Протез - это как« щелкнуть выключателем », чтобы включить решение в режиме реального времени», - сказал Сэм Дедвайлер, профессор физиологии и фармакологии в Уэйк-Форест и один из авторов исследования. Под воздействием кокаина протез восстановился и даже улучшился по сравнению с исходным уровнем, при этом обезьяны выбирали правильное изображение на 10 процентов чаще, чем раньше.
«Основываясь на результатах этого исследования, мы надеемся в будущем разработать имплантируемый нейропротез, который поможет людям оправиться от когнитивных нарушений вследствие травм головного мозга», - сказал профессор Wake Forest Роберт Э. Хэмпсон, ведущий автор исследования.
Вполне возможно, однако, что искушение нейронных протезов может быть достаточно сильным, чтобы когда-нибудь обратиться к другой толпе - вместо тех, кто перенес инсульт или травму, люди просто ищут конкурентное преимущество. Это может показаться надуманным, но в эпоху «нейроусиливающих» лекарств и все возрастающей пластической хирургии невозможно сказать, куда может пойти концепция нейронного протезирования.
