특정 전기 신호를 뇌의 해마에 흘리는 것으로, 인간의 기억력이 개선되는 것으로 입증되었다. 이미 동물 실험을 통해 효과가 입증되어 있었지만, 인간에도 큰 효과를 발휘할 수 많은 연구자에 충격을주고있다. 이 기술은 도대체 어디까지 실용적인 것이 될 가능성을 내포하고있는 것인가
스크린에 어떤 형태가 나타난다. 피험자가 기억하기 위해 주어진 시간은 너무 적은이다. 동시에 전기 신호가 두개골 주변을 굽이 굽이 넘어 회색 층을지나 뇌의 중심부에 포함 된 전극을 향해 간다. 신중하게 조정 된 진동수를 새기면서 신호는 발 빠르게 움직이고 간다.
스크린에서 이미지가 사라진다. 1 분 후에 같은 이미지가 이번에는 다른 추상적 인 이미지에 섞여 다시 나타난다. 피험자의 여성은 조금 주저 한 후에 첫 번째 이미지를 인식하고 그것을 가리킨다.
이것은 놀라운 결과이다. 그녀가 무엇을 기억하고 있었는지가 좋은 것은 아니다. 얼마나 잘 기억하고 있는지가 중요한 것이다.
그녀 외에도 7 명의 피험자가이 메모리 게임을했다. 그 결과, 뇌에 자극을 가하면 추가 않은 경우에 비해 기억력이 평균 37 % 증가했다. 그리고 그들은 각각 적합시킨 '신경 보철」에 의한 기억 활성화를 경험 한 지상 최초의 인간이 된 것이다.
전문 용어를 알고 싶은 사람들을 위해 덧붙이면이 뇌 활성화 기술은 "폐 루프 해마 신경 보철 (closed-loop hippocampal neural prosthesis)"이라는 것이다. "폐 루프"라는 것은 각각의 환자의 뇌와 뇌가 연결된 컴퓨터 사이를 신호가 거의 실시간으로 오가는 때문이다.
"해마"는 기억이 형성되는 데 중요한 역할 뇌의 부위에서 해마의 형태와 비슷하다. 신호는 피험자의 해마 내부에서 보낸이 부분에 돌아온다.
"기억이 코딩 된 저장하려고 할 때이 부위의 뉴런에서 어떻게 전류가 흐르는지를 관찰하고 있습니다." 웨이크 포레스트 뱁티스트 메디컬 센터의 신경 과학자이며,이 실험을 정리 한 논문의 주 저자 인 로버트 항뿌손는 이렇게 말한다. 이 논문 은 2018 년 3 월에 발간 된 '저널 오브 신경 공학」에 게재되었다.
80 년대부터 계속 연구 성과
제대로 인코딩 된 기억과 실패 기억의 차이에서 패턴을 추출하여 항뿌손와 동료들은 시각적 인 기억에 대한 능력을 향상시키는 시스템을 개발했다.
"올바른 기억을 만들어내는 패턴과 잘못된 기억을 만들어내는 패턴을 파악하고 올바른 패턴을 강화하기 위해 전기 자극을 마이크로 볼트 르벨로주는 데 성공했습니다. 그 결과, 일화 기억의 시험의 기억 회상의 능력이 향상되었습니다 "
알기 쉽게 말하자면 "개별화 된 패턴의 전기 자극을 환자의 뇌에주는 것으로, 단기 기억 능력이 향상한다」는 것이다.
이번 그들이 보여 주었다 신경 보철을하는 장치는 현재 환자의 뇌의 이상으로 구동하고, 전선에서 뇌에 연결해되고있다. 그러나 미래에 유사한 장치를 완전히 뇌의 내부에 내장 신경의 맥박처럼 사용할 수있게 될 햄튼 기대하고 있다고한다.
그로 인해 뇌의 모든 기능을 보완 할 수있는 것이다. 뇌 손상과 치매 환자뿐 아니라 건강한 사람에게도 효과를 전망 것이다.
이러한 신경 보철의 미래는있을 수없는 가능성에 보일지도 모른다. 하지만 햄프 턴의 연구가 어디까지 진행되고 있는지 생각하라.
그는 1980 년대부터 해마에서 기억 형성의 연구를 계속해왔다. 그리고 20 년 전 남부 캘리포니아 대학 (USC)의 신경 공학 연구원 시어 도어 버거와 알게된다. 버거는 해마의 활동을 수학적으로 모델링하는 방법에 오랜 노력하고 있었다. 이후 두 사람은 공동으로 연구를 진행해왔다.
2000 년대 초반, 두 사람은 뇌 세포의 조각을 사용하여 신경 보철의 가능성을 보여 주었다. 몇 년 후에는 살아있는 원숭이이를 입증. 그리고 마침내 인간으로 입증하는 데까지 도달 한 것이다.
"어떤 의미에서이 보철기구는 절정이라고 할 수 있습니다"라고 햄프 턴은 말한다. "그러나 다른 의미에서 여기에서 시작입니다. 인간의 기억은 매우 복잡한 과정에서 모르는 것이 많이 남아 있습니다. 우리는 아직 기억의 입구에 온지 얼마입니다."
장기 기억도 크게 개선된다
그들의 시스템을 인간으로 시험하기 위해 연구팀은 간질 환자에서 피험자를 모집했다. 간질 환자는 발작과 관련된 전기적 활동을 관찰하기 위해 이미 해마에 전극이 내장되어있다. 이 분석 용 하드웨어를 이용하여 햄튼과 팀은 전기 활동을 기록하고 그 다음 전기 자극을 줄 수 있었다.
물론 연구팀은 함부로 피험자의 뇌에 전기 자극을 주어 있었던 것은 아니다. 먼저 위의 시각적 인 기억 시험에서 보여준 해마의 활동을 과목별로 기록한다. 이제 작업 기억을 측정 할 수있다.
작업 기억은 뇌의 단기 보관 장소에서 이른바 2 단계 인증 코드의 종류를 저장하기 위해 사용된다. 몇 초 후에 인증 코드가 배출된다.
그동안에도 항상 전극이 뇌의 활동을 기록하고 환자가 올바른 추측 잘못된 추측을 내릴 두 경우 모두, 해마에서 뉴런에서 전류가 흐르기 패턴을 추적하고있다.
버거는 USC의 생체 공학자 돈 손과 함께 이러한 패턴에서 각 과목의 해마의 뉴런이 제대로 기억을 형성 할 때 어떻게 발화할지 예측 가능한 수학적 모델을 만들어 낸. 이 활동을 예측할 수 있다면 뇌를 자극하고 그 기억 형성을 모방 할 수 있다는 것이다.
또한 환자의 해마를 자극하여보다 장기 기억 저장에도 효과가 보였다. 이것은 예를 들면 슈퍼 나올 때 어디에 자동차를 주차했는지 기억하는 능력이다.
햄프 턴 팀의 다음 실험에서는 그림을 보인 후 피험자에게 동일한 이미지를 선정 할 때까지 30 ~ 60 분 비웠다. 자극을 준 경우 피험자의 결과는 평균 35 % 개선되었다.
이 효과는 연구들도 충격을 받았다. "개선 된 것에 놀랐다 것이 아닙니다. 이미 예비 동물 실험에 성공하고 있었 으니까. 우리가 놀란 것은 개선 된 정도입니다"라고 햄프 턴은 말한다.
"스스로 실험을했기 때문에 환자의 성적이 좋아지는 것은 알고있었습니다. 그러나 실제로 결과를 분석 할 때까지이 정도의 성과가 나온다고는 생각하지 않았습니다"
실용화 가까운? 먼?
이 결과는 다른 연구자에 강한 충격을 주었다. "기억을 없애고 새로운 기억을 코딩하는 능력을 잃는 것은 엄청난 데미지입니다. 인생을 통해 형성된 기억이 있기 때문에, 사람들은 정체성을 지킬 것입니다"라고 정신 분석과 신경학 전문 스탠포드 대학의 롭 마렌카는 말하고있다 (그 자신이 연구에 참여하고 있지 않다).
그 점에서 보면 "이것은 매우 획기적인 신경 보철 방식"이라고 그는 계속한다. "대부분 SF 같은 것이지만, 매우 큰 가능성을 가지고 있습니다"
마렌카는 지금까지 신경 보철에 낙관적 인 전망을하기에 경고 해왔다. 2015 년이라는 최근의 시점에서도이 기술의 대상을 동물에서 인간으로 바꾸는 것은 "너무 큰 비약"이라고 경고했다 정도.
그러나 성공에 취 않고 냉정하고있는 것이 중요하다고 그는 말한다. "물론 이런 접근은 예의 바르고 연구를 계속할 가치가 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 접근을 다수의 환자에 대해 극히 보통으로 할 때까지는 아직 수십 년이 걸릴 것입니다."
이만큼의지지가 있으면, 그 때 더 빨리 올지도 모른다. 이미 페이스 북은 두뇌와 직결 된 인터페이스의 개발에 임하고있다 [일본어 판 기사]. 엘론 머스크 [일본어 판 기사]도 마찬가지다.
버거 자신도 사업가 브라이언 존슨이 이끄는 야심 신경 공학의 시작 인 커널 (Kernel)에서 단기간 동안 과학 연구 부문의 책임자를 맡고 있었다.
"처음에는 브라이언과 협력하는 것에 큰 기대를 안고있었습니다"라고 현재의 버거는 말한다. "이 연구의 가능성을 생각하고 서로 흥분하고 있었고, 그는이 연구가 성과를내는 데 필요한 자금을 기꺼이 제공하려는 의욕을 가지고 있었기 때문에"
그러나이 협력 관계는 커널에서 열린 첫 번째 임상 시험 중에 와해했다. 버거는 자세히 말하려하지 않지만 존슨 오만 때문인지 무지 때문인지, 너무 성급하게 추진하려했다고 만 말했다 (존슨은 이에 대해 언급을 거부했다).
테크 산업과 연계 할 가능성도
버거 존슨의 공적으로 인정하는 신경 보철 연구를 가속시키기 위해 필요한 자금을 기꺼이 부담하려는 자세이다. 그와 항뿌손이 원하는 연구를 위해 더 작고 더 높은 해상도의 센서와 새로운 실험 방법 전례없는 과목 수속이 필요하게된다. 모두 손에 넣으려면 시간도 돈도 걸립니다.
그러나 자금을 얻기가 어려운 경우도있다. 방위 고등 연구 계획국 (DARPA) 등은 그를 비롯해이 분야의 리더들의 연구를 장기적으로 지탱 해 왔지만, 이러한 기관에서도 항상 자금을 얻을 수있는 것은 아니다.
덧붙여서 최근 펜실베니아 대학의 심리학과 교수 마이클 카 하나는 폐쇄 루프 신경 보철을 사용하여보다 범용성이 높은 자극을 제공함으로써 피험자의 단어 연상을 개선하는 실험을 행했다 [일본어 판 기사]. 그뿐만 아니라 버거와 항뿌손 연구도 DARPA의 ' 리스토어 링 · 액티브 메모리 프로그램 "에서 대규모 지원을 받고있다.
그럼 누가 돈을 가지고 있는가? 그것은 기술 업계의 인간이다. 앞으로 실리콘 밸리의 기업가와 파트너가 가능성을 생각해 본 적이 있는지, 버거에게 물어 보았다. 그러자 버거는 주저없이 대답했다.
"물론입니다. 나는 그것을 기대하고 있어요
https://wired.jp/2018/05/16/hippocampal-neural-prosthetic/#galleryimage_393004-2578_1
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