hersenimplantaat

Zet de schakelaar aan en de ratten onthouden. Zet de schakelaar uit en de ratten vergeten, aldus Theodore Berger van de afdeling Biomedische Techniek van de USC Viterbi School of Engineering. Komt er nu een geheugenprothese, of gaat de geheime dienst hier misbruik van maken?

Hersenspoelen
Het is een huiveringwekkende scène van George Orwell’s boek 1984. De hoofdpersoon, Winston, wordt in een heropvoedingskliniek door middel van een schokje ‘verlost’ van herinneringen die de dictatuur niet aanstaan. Gelukkig bleken Orwells sombere voorspellingen niet uit te komen. De Sovjetunie viel uiteen, de westerse wereld (en het grootste deel van de rest van de wereld) zijn nu vrij en er zijn nog maar een handjevol dictaturen over: China, Noord-Korea, Myanmar, Sudan, Saoedi-Arabië en Iran, bijvoorbeeld. Maar toch. De techniek is sinds Orwell zijn boek in 1948 publiceerde, flink voortgeschreden. Waarschijnlijk zal een dictatoriaal regime smullen van deze nieuwe ontdekking.

Herinneringen uit- en aanschakelen op commando

Berger is de hoofdauteur van een artikel dat wordt gepubliceerd in het Journal of Neural Engineering. Zijn team werkte samen  met wetenschappers van Wake Forest University. Hierbij bouwden ze voort op recente ontdekkingen over de functie van de hippocampus en de rol daarvan bij leren. De hippocampus is een hersengebied dat de linker- en de rechter hersenhelft met elkaar verbindt.

In het experiment lieten de onderzoekers ratten een taak leren. Als ze twee hefbomen in de juiste volgorde overhaalden, kregen ze een beloning. Het team stelde vast in welke delen van de rattenhersenen impulsen ontstonden met behulp van elektroden in de hersenen. Twee onderdelen van de hippocampus, bekend als CA3 en CA4,  vertoonden veranderingen in hun activiteit. Al eerder was bekend dat tijdens het leerproces de hippocampus korte-termijn geheugen in lange-termijn herinneringen omzet.

“Geen hippocampus,” aldus Berger, “betekent geen lange-termijn geheugen maar nog steeds korte-termijn geheugen.” CA3 en CA1 werken samen om lange-termijn herinneringen op te slaan, liet eerder onderzoek zien.

In een spectaculaire demonstratie blokkeerden de onderzoekers de normale neurale interacties tussen de twee gebieden met een farmacologisch actieve stof. De eerst getrainde ratten toonden niet meer het lange-termijn geleerde gedrag.

“De ratten wisten nog steeds dat ze eerst links moesten indrukken, dan rechts en andersom,” aldus Berger. “En ze wisten ook nog steeds in het algemeen dat ze hendels over moesten halen voor water, maar ze konden zich alleen vijf of tien seconden herinneren of ze links of rechts hadden ingedrukt.”

Geheugenprothese
Het team ging verder en ontwikkelde een kunstmatige hippocampus: een systeem dat het interactiepatroon tussen CA3 en CA1 kon dupliceren. En inderdaad: het lange-termijn geheugen keerde terug bij de farmacologisch geblokkeerde ratten toen het team de elektronica activeerde die de functie van CA1 en CA3 overnam.  Ook liet het team zien dat als de neuroprothese in dieren met een normaal functionerende hippocampus werd geïmplanteerd, het toestel in feite het geheugen van normale ratten kon versterken. Met andere woorden: een geheugenprothese. Voor ratten, althans.

De volgende stap volgens Berger en Deadwyler zullen  pogingen zijn om de resultaten met ratten in apen te herhalen. Het doel is uiteindelijk geheugenprotheses te ontwikkelen die menselijke slachtoffers van de ziekte van Alzheimer, beroerte of hersentrauma  kunnen ondersteunen.

Laten we hopen dat deze krachtige techniek inderdaad alleen voor dit menslievende doel gebruikt wordt en niet om bijvoorbeeld extreme herinneringen in Manchurian Candidates te plaatsen…

Bronnen:

1. Berger et al., A Cortical Neural Prosthesis for Restoring and Enhancing Memory, Journal of Neural Engineering (2011).
2. Restoring Memory, Repairing Damaged Brains, USC News