Les souvenirs sont l'un des résultats les plus étonnants, étonnants et, en même temps, les plus peu étudiés du travail des mécanismes neurophysiologiques de notre corps. Après tout, la combinaison du travail de minuscules synapses dans notre cerveau et de l'activation des neurones qui les utilisent permet aux images de ces choses dont nous nous souvenons d'apparaître dans notre tête. La somme de tous nos souvenirs fait de nous ce que nous sommes. Ils sont nous à tous égards. Sans eux, nous cesserions d'être qui nous sommes.
Dans l'un des épisodes de la série de science-fiction britannique "Black Mirror" (qui n'a pas regardé, je le recommande vivement), qui raconte notre possible avenir dystopique, il a été dit à propos d'un minuscule appareil implanté derrière l'oreille d'une personne et lui donnant non seulement la possibilité de s'en souvenir rapidement. un moment du passé, mais aussi «jouer» ce moment dans votre tête avec des détails incroyablement clairs, comme un film à l'écran sous vos yeux.
Théodore Berger, ingénieur biomédical à l'Université de Californie du Sud, ne promet pas ce niveau de retour aux souvenirs (ce qui est peut-être pour le mieux), mais travaille depuis longtemps sur des implants de mémoire similaires. L'appareil, implanté directement dans le cerveau, grâce à une méthode spéciale de stimulation électrique d'une partie du cerveau, est capable d'imiter les fonctions de l'hippocampe, permettant la formation de souvenirs. Les tests des premières modifications d'un tel dispositif ont été réalisés sur des souris et des singes de laboratoire. Selon le scientifique, il est temps de commencer à tester un tel appareil sur des humains.
L'appareil de Berger est basé sur la théorie de la façon dont l'hippocampe transforme les souvenirs à court terme (comme l'endroit où vous mettez vos clés) en mémoire à long terme (vous pouvez plus tard vous rappeler où vous les avez mis). Le scientifique a mené ses premières expériences sur des lapins: il a d'abord joué un certain son, puis a soufflé dans leurs visages, les forçant à cligner des yeux. Il nota rapidement qu'après avoir entendu le son, les lapins se mettaient à cligner des yeux même sans être exposés au courant d'air. Berger a décidé d'enregistrer l'activité de l'hippocampe à ce moment à l'aide d'un encéphalogramme (il a connecté des électrodes à la tête du lapin qui lisent l'activité cérébrale) et a constaté que les lapins avaient appris à associer le son sonore à l'effet supplémentaire du flux d'air sur eux. L'image de l'encéphalogramme a montréque les signaux dans l'hippocampe à ce moment changent d'une manière complètement prévisible.
«Grâce à la formation, l'hippocampe s'est activement impliqué dans la modification du circuit des impulsions (signaux)», commente Gregory Clarke, ancien étudiant Berger et professeur de génie biomédical à l'Université de l'Utah (USA).
Berger lui-même a donné à ce schéma d'impulsions appliquées le nom de «code spatio-temporel». Et ce code est déterminé par quels neurones du cerveau participent à la transmission du signal et quand exactement cette transmission se produit.
«La transmission du code spatio-temporel à travers les différentes couches de l'hippocampe au fil du temps en fait un autre code spatio-temporel. Nous ne savons pas encore pourquoi, mais quand c'est le cas, le code espace-temps qui en résulte est ce que le reste du cerveau peut percevoir comme une mémoire à long terme », explique Berger.
Le code sortant est une mémoire que le reste du cerveau utilise comme signal lisible et compréhensible. Dans le cas des lapins, cela les fait cligner des yeux après avoir entendu un certain son. Selon Berger, il a pu dériver un modèle mathématique qui, en général, est une règle de comportement pour l'hippocampe, qui est utilisée pour convertir des souvenirs à court terme en souvenirs à long terme.
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Avec cette règle générale en main, il a créé un hippocampe artificiel pour les rats de laboratoire. Il a d'abord appris aux rongeurs à effectuer des tâches axées sur la mémoire. Il a appris aux rongeurs à appuyer sur l'un des deux petits leviers adjacents, puis les a irrités avec une lumière directionnelle. Après un certain temps, lorsque le rongeur entraîné est revenu à la tâche, Berger lui a appris à appuyer sur un autre levier, opposé à celui sur lequel le rat avait appuyé initialement. Ainsi, il a été démontré que le rongeur se souvenait de ce qu'on attendait de lui.
Au cours de ces formations, Berger et ses collègues ont enregistré la distribution des signaux traversant l'hippocampe des rongeurs, et ont constaté que les codes spatio-temporels correspondent à la mémoire de la tâche en appuyant sur les bâtons. Les scientifiques ont collecté des informations sur les circuits de signaux entrant et sortant de l'hippocampe et, sur la base de ces données, ont développé un modèle mathématique qui pourrait prédire le code spatio-temporel sortant correspondant à celui entrant à l'origine. Plus tard, lorsque Berger a injecté un médicament bloquant la mémoire à des rats entraînés à pousser des leviers, il a utilisé son appareil pour stimuler électriquement le cerveau avec un modèle d'impulsions correspondant au code espace-temps sortant prédit par son modèle mathématique. L'expérience s'est terminée par un succès complet. Les rats appuyaient sur les bons leviers.
«Leurs cerveaux se référaient au code correct comme si le code avait été créé par eux-mêmes. C'est ainsi que nous avons appris à ramener des souvenirs au cerveau », commente Berger.
Berger a également testé la fonctionnalité de l'implant chez des singes rhésus, rétablissant leur capacité à se souvenir des souvenirs d'une partie du cortex préfrontal. Ce domaine est impliqué dans le travail des fonctions exécutives, par exemple, l'utilisation de mémoires pour résoudre des tâches nouvelles, qui n'avaient pas été rencontrées auparavant. Dans ce contexte, l'implant s'est également révélé efficace pour améliorer la fonction de mémoire des singes.
Mais un implant similaire peut-il être utilisé chez l'homme et fonctionnera-t-il?
«Tous ces implants qui interagissent directement avec le cerveau devront faire face à un problème fondamental», déclare Dustin Tyler, professeur d'ingénierie à la Case Western Reserve University.
«Le cerveau possède des milliards de neurones et des milliards de connexions interneuronales (synapses) qui leur permettent de travailler ensemble. Par conséquent, essayer de trouver une technologie capable d'interagir directement avec autant de neurones et de les combiner pour fonctionner à un niveau raisonnablement élevé est extrêmement difficile."
Si les implants cochléaires qui simulent un ensemble de fréquences sonores en stimulant le nerf auditif à travers quelques douzaines d'électrodes ne peuvent finalement pas simuler parfaitement le son, alors que pouvons-nous dire à propos d'un système aussi plus complexe que la mémoire? Il faut comprendre qu'au niveau actuel des méthodes et des technologies, en utilisant toutes ces électrodes, les scientifiques sont encore très loin de la possibilité réelle de modéliser des mémoires. Mais cela n'a pas empêché la nouvelle startup, Kernel, de contacter Berger, de l'embaucher, de le faire diriger de son département de recherche et de financer ses recherches.
L'objectif initial de Kernel était de commercialiser les implants de Berger en tant que dispositifs médicaux pouvant aider les personnes souffrant de divers problèmes de mémoire. Berger mène actuellement des essais cliniques de son implant sur des volontaires et rapporte que les patients réussissent bien les tests de mémoire. Idéalement, cependant, selon le PDG de Kernel, Brian Johnson, Kernel souhaite développer des dispositifs qui, grâce à une chirurgie simple et sûre, peuvent être implantés dans le cerveau humain et améliorer l'intelligence humaine dans des domaines tels que l'attention, la créativité et la concentration.
Bien entendu, un tel résultat deviendra un nouveau champ d'activité pour divers organismes de régulation et fera l'objet de nombreux litiges et interrogations: ces dispositifs sont-ils médicaux ou de consommation ordinaire? Et devons-nous réglementer leur distribution? Du point de vue des organisations de soins de santé, de tels dispositifs, si, entre autres, ils sont dotés de la capacité de diagnostiquer ou de traiter des maladies ou d'affecter la structure et le fonctionnement des fonctions corporelles, seront très probablement considérés comme médicaux. Cependant, les implants sous-cutanés capables d'améliorer la concentration ou la créativité d'une personne pourront probablement échapper à une surveillance réglementaire stricte et seront considérés comme les mêmes compléments alimentaires réguliers qui stimulent notre cerveau.
Johnson lui-même n'a pas commenté la direction dans laquelle sa société Kernel travaillera et le type d'appareils qu'elle prévoit de produire à la fin. Très probablement, tout dépendra de l'implant individuel spécifique, de ses fonctions, de sa portée et des effets secondaires potentiels. Bien sûr, chaque dispositif médical, comme chaque médicament, a ses propres effets secondaires. Pour l'instant, nous ne pouvons qu'attendre et espérer que ces effets secondaires auront un côté positif, et ne deviendront pas une autre source d'inspiration pour le nouvel épisode effrayant de la série "Black Mirror".
NIKOLAY KHIZHNYAK
