gerelateerde inhoud
- Deze wetenschappers willen een leger rupsen ontketenen om cocaïnegewassen te vernietigen
Door neurale activiteit met elektroden te stimuleren, stimuleerden onderzoekers de mentale vaardigheden van resusapen onder invloed van cocaïne. Afbeelding via Wikimedia Commons / JM Garg
In het afgelopen jaar hebben we de uitvinding van steeds geavanceerdere prothetische ledematen, oren en ogen gezien - ideeën en uitvindingen die ooit zo fantasierijk leken te behoren tot het rijk van science fiction. Nu gaat een team van wetenschappers van de Wake Forest University in North Carolina nog een stap verder en werken ze aan de ontwikkeling van een prothese voor het meest complexe orgaan van allemaal: de geest.
Zoals onthuld in een artikel dat vandaag is gepubliceerd in het Journal of Neural Engineering, creëerden de onderzoekers een manier om de neurale activiteit van resusapen te manipuleren om hen te helpen bij het nemen van beslissingen wanneer hun cognitieve vaardigheden werden aangetast door de toediening van cocaïne. De wetenschappers zeggen dat hun onderzoek op een dag zou kunnen leiden tot een nieuwe manier om mensen te helpen die hun cognitieve vermogen tot ziekte of letsel hebben verminderd.
Om een basislijn vast te stellen voor de beslissingsmogelijkheden van de apen, trainden de onderzoekers hen om een eenvoudige bijpassende taak op een computer uit te voeren. Omdat elk van de vijf apen die in de studie werden gebruikt naar een computerscherm keken, kregen ze een enkele clip-artafbeelding te zien, waarna het scherm een minuut of twee leeg bleef. Daarna kwam de originele foto terug, samen met een tot zeven andere afbeeldingen.
Tegelijkertijd werd de positie van de armen van de apen op het aanrecht voor de computer gevolgd via een camera die UV-licht detecteerde, dat terugkaatste van een speciale reflector die op de achterkant van de handen van de apen was bevestigd. De positie van hun handen, zoals gedetecteerd door de camera, werd gedigitaliseerd en ingevoerd in de computer, dus toen ze hun handen bewogen, bewoog een cursor op het computerscherm alsof ze een muis vasthielden.
Toen de beelden na het blanco interval op het computerscherm terugkwamen en de apen de cursor over de originele foto bewogen die ze hadden getoond, werden ze beloond met een druppel sap via een sipper in de buurt van hun mond. In de loop van enkele maanden kreeg elke aap de taak onder de knie en trainde ze totdat ze in staat waren om de juiste afbeelding 40 tot 75 procent van de tijd te selecteren, afhankelijk van het aantal getoonde foto's.
Terwijl ze de matching deden, volgden de onderzoekers echter de neurale patronen van de apen nauwgezet met opnamecilinders die waren geïmplanteerd in de prefrontale cortex van de dieren, een gebied van de hersenen waarvan bekend is dat ze actief zijn tijdens besluitvormingstaken. De wetenschappers ontdekten dat dezelfde neurale activiteitspatronen betrouwbaar optraden in dit gebied wanneer de apen de taak met succes voltooiden en minder vaak wanneer de apen het verkeerde beeld kozen.
Vervolgens werden de dingen interessant: terwijl de apen naar de afbeeldingen keken en sap dronken, spoten de onderzoekers ze heimelijk in met cocaïne. Omdat bekend is dat het medicijn het soort voortdurende concentratie en besluitvormingsvaardigheden verstoort die nodig zijn om de computeraanpassingstaak correct te krijgen, namen de slagingspercentages van de apen voorspelbaar af en kozen ze 13% minder vaak het juiste beeld dan voordat ze cocaïne kregen .
Toen de onderzoekers de elektroden gebruikten die ze eerder in de hersenen van de apen hadden geïmplanteerd - die zich op de precieze locaties in de prefrontale cortex bevonden die betrouwbaar hadden geschoten toen ze het beeld correct overeenkwamen - om die neuronen later te activeren, de schietpatronen repliceren, de resultaten waren dramatisch.
"Het prothetische apparaat is als 'het omdraaien van een schakelaar' om een beslissing in realtime in te schakelen, " zei Sam Deadwyler, een professor in fysiologie en farmacologie bij Wake Forest en een van de auteurs van de studie. Onder invloed van cocaïne herstelde en verbeterde de prothese zelfs ten opzichte van de basislijn, waarbij de apen 10% vaker dan voorheen het juiste beeld selecteerden.
"Op basis van de bevindingen van deze studie hopen we in de toekomst een implanteerbare neuroprothese te ontwikkelen die mensen kan helpen herstellen van cognitieve tekorten als gevolg van hersenletsel, " zei Wake Forest-professor Robert E. Hampson, de hoofdauteur van de studie.
Het is echter denkbaar dat de verleiding van een neurale prothese sterk genoeg zou kunnen zijn om ooit een ander publiek aan te spreken - in plaats van mensen die een beroerte of een laesie leden, mensen gewoon op zoek naar een voorsprong op de concurrentie. Het klinkt misschien vergezocht, maar in een tijdperk van "neuro-versterkende" medicijnen en steeds toenemende plastische chirurgie is er geen idee waar het concept van neurale protheses zou kunnen gaan.
