Dr. Nanthia Suthana (UCLA) folosește tehnologii precum realitatea virtuală, motion capture (captarea mișcării) și implanturile cerebrale pentru a afla mai multe despre modul  în care stocăm amintirile, fapt ce ar putea ajuta la tratarea bolilor precum Alzheimer.

Creierul este un loc misterios. Chiar dacă Inteligența Artificială încearcă să emuleze procesele neuronale pentru a afla cât mai multe, lupta cu necunoscutul este una deosebit de grea. Implanturile neuronale sunt cheia viitorului.

În ciuda faptului că un creier uman cântărește aproxmativ 1 kg 400, se pot întâmpla foarte multe lucruri când ai la lucru aproape 100 de miliarde de neuroni. În mod curent traumatismele cerebrale sunt o cauză majoră a dizabilității și morții, în timp ce 1 din 26 de americani va dezvolta epilepsie în decursul vieții, iar aproximativ 5 milioane de americani trăiesc cu Alzheimer.

Imaginează-ți un viitor în care pacienții vor putea beneficia de implanturi cu proteze neuronale care stimulează funcționarea creierului și care vor monitoriza constant oscilațiile ce vor fi trimise  experților medicali în timp real prin intermediul senzorilor corporali wireless. Scenariul acesta nu este chiar atât de departe de realitate.

Reporterii PCMag s-au întâlnit cu Dr. Nanthia Suthana,  profesor asistent la David Geffen School of Medicine la UCLA, care folosește realitatea virtuală, motion capture și implanturile cerebrale pentru  a afla modul în care stocăm amintirile.

Dr. Suthana este încă într-un stadiu relativ incipient al carierei sale dar și-a obținut doctoratul în neuroștiință la UCLA acum aproape 10 ani.  Deci nu aduce cu sine preconcepții învechite despre felul în care ar trebui manevrate anumite lucruri. Doctorița este mânată o dorință puternică de a rezolva ceea ce pare imposibil, ceea ce i-a captat atenția și curiozitatea despre creier și felul în care acesta funcționează sau nu.

„Când eram studentă  în Europa am fost inspirată de cazurile diferiților pacienți care erau considerați fie de nerezolvat, fie un mister în sensul că toate manifestările și simptomele lor erau rezultate ale unor traumatisme craniene”, declară Dr. Suthana pentru PCMAg. „Am fost fascinată în mod particular de cazul faimos al Pacientului HM  care suferea de epilepsie și căruia i se scosese lobul temporal median, care este crucial pentru formarea memoriei. Aceasta este zona din creier pe care  o studiez acum.”

Pentru a își aprofunda cercetarea, Dr. Suthana a lucrat cu Nader Shaterian și Interactive Lab pentru a crea un „stadion VR” la UCLA. Este un setup impresionant: multiple camere motion caption (care captează mișcarea) într-o instalație de  pe tavan care interacționează wireless cu subiecții care poartă costume speciale, markere virtuale, o cască VR și ventuze EEG cu electrozi de 64 de canale.

Implantul care monitorizaează activitatea cerebrală este sistemul RNS® – responsive neurostimulation device – al Neuropace (Silicon Valley).

„Pacienții parcurg o rutină”, ne explică Dr. Suthana. „Îi observăm navigând medii spațiale via locații marcate, îi rugăm să revină sau să repete anumite secvențe și înregistrăm wireless mișcările pe care aceștia le fac. Preluăm datele și analizăm oscilațiile theta și legaturile dintre viteza pacientului, direcția și prezența sau absența de pe markerii locației. Examinăm dacă, statistic, oscilațiile theta pot previziona forța memoriei.”

„Acest proiect crează o punte  între experimentele pe animale și ceea ce putem face acum cu oamenii,” confrimă Dr. Suthana. „Implantul a fost creat pentru a trata crizele, dar acum îl folosim pentru cercetare. Este crucial pentru abilitatea noastră de a puncta ceea ce se petrece în creier. Acolo unde EEG-ul înregistrează undele cerebrale ca pe un semnal major, implantul, pe care chirurgul îl introduce cu un electrod, are diametrul de doar 1.5 mm și înregistrează din adâncimea creierului de unde captează fluctuațiile voltaice ale neronilor precum oscilațiile theta care au aproximativ 9 Hz pe secundă. Pacienții cu care lucrez de obicei au 4 locații de înregistrare ale implantului pe care le pot observa.”

Prin plasarea pacienților în medii de realitate virtuală ce pot fi controlate și modificare, Dr. Suthana poate vedea ce se petrecere exact atunci când amintirile sunt înregistrate. Acestea pot fi anterior rechemate și aduse în prim plan de către hippocampus pentru examinare și reintegrare prin neuroplasticitate. Munca ei va fi folosită pentru a crea un model de calcul al sistemului median temporal uman care poate influența o întreagă generație de proteze neuronale.

„Putem folosi aceste descoperiri pentru ca în viitor să dezvoltăm tratamente care acționeză asupra unei anumite părți din creier și o fac să fie responsivă la învățare. Celălalt aspect, care este și cel mai dificil de implementat, este acela de a îmbunătăți amintiri vechi, care s-au format cu mult timp în urmă. Hippocampusul și-a făcut în acest caz meseria  și este mai puțin implicat întrucât amintirea respectivă s-a redistribuit pe suprafața creierului. Ar putea fi mai simplu să îmbunătățim procesul de formare al amintirilor. Astfel, dacă un pacient suferă de Alzheimer, ne dorim să introducem proteza neuronală cât mai devreme pentru a începe să stimulăm acele zone. Cu cât mai tărziu cu atât mai mare riscul de celule moarte.”

Dr. Suthana previzionează faptul că până în 2037 va avea considerabil mai mulți pacienți în domeniu și va folosi o combinație de aparate high tech ce le vor permite acestora să depășească sau măcar să poată trăi cu aceste groaznice boli.