Het lijdt geen twijfel dat we de afgelopen 50 jaar veel over het menselijk brein hebben geleerd, maar, zoals neurowetenschappers snel erkennen, blijft het centrum van ons zenuwstelsel grotendeels een mysterie. Bijna bovenaan de lijst met raadsels: hoe het geheugen werkt - vooral hoe het te herstellen als het verloren is.
Nu kunnen wetenschappers echter via een snelgroeiende tak van neurowetenschappen, bekend als directe hersenregistratie, hersenactiviteit in realtime volgen via geïmplanteerde elektroden. De techniek zou hen in staat kunnen stellen om in kaart te brengen hoe neuronen communiceren wanneer herinneringen worden gevormd of opgeroepen, wat het vervolgens mogelijk zou kunnen maken om een apparaat te ontwikkelen dat het geheugencreatieproces kan nabootsen door diezelfde neuronen te stimuleren.
Het lijkt misschien een beetje fantasierijk, maar DARPA, het bureau dat baanbrekend onderzoek financiert voor het Amerikaanse ministerie van Defensie, gelooft zoveel in het potentieel van de technologie dat het vorige week subsidies van in totaal $ 40 miljoen heeft aangekondigd om te zien of zo'n geheugen 'neuroprothetisch' is kan in de komende vier jaar worden ontwikkeld.
Andere wetenschappers onderzoeken verschillende manieren om het mysterie van het geheugen te ontrafelen. In een recent onderzoek, ondersteund door de National Institutes of Health, was Roberto Malinow van de Universiteit van Californië in San Diego in staat om precies gericht licht te gebruiken om herinneringen in genetisch gemanipuleerde muizen weg te vagen en vervolgens te herstellen. En afgelopen zomer kondigden onderzoekers van het Columbia University Medical Center aan dat ze de herinneringen van oude muizen aanzienlijk konden verbeteren door het niveau van een bepaald eiwit in hun hersenen te verhogen.
Maar het idee om implantaten te gebruiken om het geheugen nieuw leven in te blazen - beschouwd als een radicaal concept wanneer het werd gepromoot door neurologen van de Universiteit van Zuid-Californië, Theodore Berger, slechts een paar jaar geleden - heeft de aandacht getrokken van de mensen bij DARPA. Ze zien het potentieel als een innovatieve en ongewoon nauwkeurige manier om beschadigde veteranen te helpen - ongeveer 270.000 van hen hebben traumatisch hersenletsel opgelopen, vaak met slopend geheugenverlies, sinds 2000 - met enkele andere therapieopties.
Herinneringen maken
Het onderzoeksproject, het "Restoring Active Memory" (RAM) genoemd, is opgezet vanuit de overtuiging dat hoe zoet of hoe verontrustend ook is, elk geheugen op dezelfde manier wordt gevormd: door een opeenvolgende actie van vele neuronen. Verstoor die volgorde door een traumatisch letsel, het denken gaat en de geheugenfunctie wordt geblokkeerd. Maar wat als wetenschappers, na computerprogramma's van het geheugenproces dat ze hebben ontwikkeld, kleine implantaten zouden kunnen gebruiken om rond een beschadigd gebied te werken door signalen naar neuronen verder in het circuit te sturen?
Dat is in wezen het doel van het RAM-programma, waarbij teams van drie instellingen betrokken zijn: Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA), de Universiteit van Pennsylvania en het Lawrence Livermore National Laboratory. Elk heeft zijn eigen focus.
Het UCLA-team zal zich concentreren op wat bekend staat als het entorhinale gebied van de hersenen. Dankzij eerder onderzoek hebben ze het geïdentificeerd als de toegangspoort tot de hippocampus, het hersengebied dat het meest wordt geassocieerd met leren en geheugen. Om je een idee te geven hoe kritisch de hippocampus is voor wat ons menselijk maakt, overweeg dan een van de waterscheidingen in de hersenwetenschap, waarbij een man in de jaren 1950 betrokken was die grote delen van zijn hippocampus had verwijderd als een behandeling voor aanvallen. Na de procedure was hij niet langer in staat om nieuwe herinneringen te creëren - hij kon zich niet herinneren wat hem daarna elke dag overkwam.
Om inzicht te krijgen in hoe de hippocampus het dagelijkse bestaan omzet in herinneringen, zullen de UCLA-onderzoekers eerst gegevens van elektroden die al bij epilepsiepatiënten zijn geïmplanteerd, gebruiken om een computermodel te ontwikkelen van hoe neuronen in dat deel van de hersenen communiceren tijdens het maken van herinneringen. Van daaruit zullen ze samenwerken met wetenschappers van Livermore om draadloze, implanteerbare apparaten te maken die het proces kunnen repliceren door de juiste neuronen te stimuleren.
Ondertussen zullen onderzoekers in Pennsylvania een bredere kijk hebben op hoe herinneringen vorm krijgen en deze benaderen als een reeks complexe interacties tussen verschillende hersengebieden. Ze werken samen met patiënten bij wie al elektroden in meerdere delen van hun hersenen zijn geïmplanteerd en volgen neurale activiteit terwijl die mensen geheugenspelletjes op computers spelen. Het doel is opnieuw om patronen van neurongedrag te identificeren wanneer nieuwe herinneringen worden opgeslagen of oude worden opgehaald, en ook proberen "biomarkers" te isoleren voor wanneer er iets misgaat.
Wedden op technologie
Toch heeft het project sceptici.
"We moeten onszelf eraan blijven herinneren dat, nee, we spreken niet de geheime taal van de hersenen - we doen een aantal zeer grove stimulerende, " vertelde Dr. Anthony Ritaccio, de directeur van neurochirurgie in Albany Hospital, aan de New York Times. “Als je met je hersenen werkt, moet je jezelf als een realiteitscontrole in het gezicht blijven slaan; we begrijpen nog steeds zo weinig. "
Maar Justin Sanchez, manager van het RAM-project bij DARPA, zegt dat het tijd is om een grote gok te wagen op technologie.
"We zijn het onze serviceleden verschuldigd, " zei hij, "om onderzoek te versnellen dat de langetermijneffecten van hun verwondingen kan minimaliseren."
En tenslotte helpt een werkgeheugen ons allemaal om de wereld beter te begrijpen, zoals onderwijspsycholoog Peter Doolittle zegt in deze TED Talk.
