Ovogodišnji međunarodni Brain Awareness Week koji će i kod nas od 16. do 22. ožujka po 19. godinu zaredom biti obilježen pod nazivom Tjedan mozga, popraćen je na Bug.hr-u serijalom članaka o suvremenim dostignućima u razvoju komunikacije računala i ljudskog mozga: do sada su - uz keynote speech predavanje na Bug Future Show 2000 tech-konferenciji - objavljeni tekstovi o bioničkom oku , o korištenju majmunskih mozgova za sintezu ljudskog govora, o Facebookovom razvoju sučelja između računala i mozga, a uz ovaj kojega upravo čitate slijedi i tekst o Brain-Computer Interface projektu Neuralinka, tvrtke u vlasništvu Elona Muska.

Elektrošokovi za bolje pamćenje

Ljudski mozak je građen od oko 100 milijardi neurona, a svaki neuron u prosjeku stvara oko 1000 kontakata s drugim neuronima (sinapsi), što sveukupno rezultira više nego trilijunom sinaptičkih konekcija koje čine nepojmljivo bogatu neuronsku mrežu sposobnu za pohranu oko 2.5 do 5.0 petabajta podataka. Čini se da je samo pitanje vremena kada će moždani implantati biti primjenjivi za proširivanje tih - i inače ogromnih - memorijskih sposobnosti ljudskog mozga.

Kao i brojne druge inovacije, „memorijska proteza“ u mozgu je razvijena kao rezultat slučajnog otkrića utjecaja elektrostimulacije na mozak tijekom terapijskih zahvata pri liječenju epilepsije.

Epilepsija je zajednički naziv za vrlo široku skupinu poremećaja normalne električne aktivnosti mozga koja za posljedice ima napadaje gubitka svijesti sa ili bez grčenja mišića ili poremećaja senzornih osjeta i ponašanja. Kao što su brojni i različiti klinički simptomi epilepsije, tako su brojni i različiti njeni uzroci, a sljedno tome i  terapijske mjere za njeno ublažavanje i liječenje.

Uz lijekove (tzv. antiepileptike) jedna od „klasičnih“, sada u velikoj mjeri opsolentnih metoda bila je i puštanje istosmjernih strujnih impulsa (70 - 120V / 800 - 1000mA / 100ms - 6s) kroz glavu pacijenata, poznatija pod nazivom elektrokonvulzivna ili elektrošok-terapija, koja je najšečće korištena u pacijenata s kombinacijom epilepsije i psihijatrijskih bolesti.

Koliko naziv "elektrošok-terapija" zvučao agresivno, toliko ona zaista i jeste bila invazivna, ponajviše zbog snažne i neselektivne elektrostimulacije cijeloga mozga, pa je u suvremenoj medicini zamijenjena daleko preciznijim metodama elektrostimuliranja precizno odabranih, ograničenih moždanih regija, uz korištenje struje ekstremno manje snage i napona.

Hipokampalni usadak

Tijekom provođenja takve elektrostimulacije dubljih moždanih regija korištenjem neurokirurški implantiranih elektroda opažena je - uz smirivanje brojnosti i jačine epileptičkih napadaja - i interesantna pojava da su pacijenti nakon takvih stimulacija pokazivali poboljšanje pamćenja. Od tog slučajnog opažanja trebao je samo korak do ideje o korištenju elektroimpulsa za boostanje memorijskog kapaciteta ljudskog mozga.

Dalje je sve išlo onako kako to obično slijedi u znanstvenim istraživanjima: prvo su miševi, zamorci, štakori i majmuni dobili implantate i ispitivana im je memorija nakon davanja kratkih elektroimpulsa u odabrane moždane regije. Potom su slijedili ljudski dragovoljci: neurokirurški usadak je implantiran u 20 pacijenata koji se od ranije liječe od epilepsije.

Usadak je - hardverski gledano - mikro-sklop s tankim elektrodama koje registriraju podatke o moždanoj električnoj aktivnosti i šalju ih u računalo koje praktički u realnom vremenu „uzvraća“ kontroliranim elektroimpulsima kojima stimulira hipokampus, duboku moždanu regiju povezanu s procesima učenja i pamćenja.

Rezultati su iznenadili i najoptimističnije istraživače u projektu: stimulacija je poboljšala kratkoročnu memoriju do 15%, a dugoročnu i do 25%, s udruženim kumulativnim poboljšanjem oba tipa memorije i do 30%.

Pročišćavanje i augmentacija

Uloga računala u tom procesu slanja elektroimpulsa u mozak je višekratna. Prvo, stimulacija hipokampusa se mora provesti prostorno i vremenski precizno, uz korištenje kontroliranog doziranja intenziteta i trajanja "strujnih udara" (u stvarnosti, to sada više nije struja od 1A i 120V, već reda veličine nekoliko milivolti uz adekvatno malu snagu), kako bi se učinak na funkciju pamćenja maksimizirao, jer su rezultati poboljšanja memorije bili daleko lošiji kada se stimulacija provodila bez računalne kontrole, randomizirano.

Drugo, namjena implantata je augmentiranje neuralnog koda koji se upisuje u memoriju. Pojednostavljeno rečeno, kada u mozak stiže informacija - slika iz oka, zvuk iz uha, osjet iz prstiju - ona stvara električni signal čije trajanje i promjena električnog potencijala predstavljaju unikatni, jedinstveni kod baš za tu informaciju (npr. za sliku slova A je kod drukčiji nego za sliku slova Ž, za zvuk riječi „mama“ je drukčiji nego za „tata“, itd.). Bioelektrični zapis tog unikatnog koda se zapamti u memorijskom centru u hipokampusu.

Ubačen u ovaj prirodni proces zapisivanja memorije, neuralni implantat „hvata“ električni impuls neuralnog koda, šalje ga u računalo gdje se signal „pročišćava“, te se s vrlo malenim kašnjenjem pojačan (augmentiran) vraća u implantat, čije elektrode ga ponovo „utisnu“ u hipokampalnu memorijsku regijuali sada s pročišćenim i pojačanim signalom, augmeniranim neuralnim kodom.

Na taj način računalo imitira prirodni proces pamćenja, a stimulacija hipokampusa pojačanim memorijski kodovima poboljša funkciju pamćenja, što korištenjem ranijih metoda za pokušavanje stimulacije pamćenja nikada nije bilo opaženo.

Bolje pamćenje, vid, motorika...

Za osobe koje boluju od neuroloških degenerativnih i involutivnih bolesti praćenih slabljenjem i gubitkom pamćenja - puput demencije i Alzheimera - klinička primjena računalne augmentacije memorije može imati life-changing učinak: mogla bi im omogućiti povratak ranije izgubljenih sjećanja i usporiti ili čak posve prekinuti daljnji gubitak pamćenja uzrokovan bolešću. A gubitak (i povratak!) pamćenja nije važan samo bolesnicima, nego i njihovim obiteljima, pa čak i - u široj slici - socijalnom okruženju pa i ekonomiji općenito.

Rezultati elektrostimulacije implantatima su tako uvjerljivi da su daljnja klinička ispitivanja već odobrena i provode se kroz nekoliko projekata u više istraživačkih centara u svijetu. Ukoliko (bolje rečeno - kada) bude odobrena za široku primjenu, u prvom valu praktične uporabe će biti omogućena pacijentima koji boluju od bolesti praćenih gubitkom pamćenja, no ova istraživanja su istovremeno dio širih nastojanja da se dizajniraju moždani implantati koji bi i u zdravih osoba poboljšavali brzinu i količinu memoriranih podataka (performance-boost).

Povrh toga, sličan konceptualni pristup se već počinje istraživati i u drugim domenama moždanih funkcija osim memoriranja podataka, dakle u pokušajima poboljšavanja ostalih cerebralnih vještina. Tako se istražuje mogućnost augmentacije vidnih impulsa u mozgu (bolje zapažanje viđenih detalja, čak i povećanje frames-per-second opažanja) ili augmentacija motoričkih aktivnosti (brzina refleksa, bolja koordinacije pokreta i vida, preciznost motorike i slično).

​ ^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Od posla se opušta antistresnim aktivnostima: od pisanja svojevremeno popularnih tekstova i ilustracija u tiskanom izdanju časopisa BUG, crtkanja grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, te fejsbučkog blogiranja o craft-pivima, životnim neistinama i medicinskim trivijama, sve do pasioniranog kuhanja posve probavljivih jela i sviranja slabo probavljivog bluesa.}