Οι επιστήμονες μπορούν τώρα να εισάγουν πληροφορίες απευθείας στον εγκέφαλο των πιθήκων

Κανονικά, όταν αντιμετωπίζετε ένα ερέθισμα, πρέπει να γίνει αντιληπτό από τις αισθήσεις σας, όπως τα μάτια ή τα αυτιά σας, και στη συνέχεια να ταξιδέψει στον εγκέφαλό σας για να υποβληθεί σε επεξεργασία από τη σχετική περιοχή του εγκεφάλου. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο επεξεργάζονται συνήθως οι πληροφορίες από τον εγκέφαλο και το σώμα σας. Ωστόσο, δύο νευροεπιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ πειραματίστηκαν πρόσφατα με διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής και διαπίστωσαν ότι ήταν δυνατή η έγχυση πληροφοριών απευθείας στον εγκέφαλο των πιθήκων.

Τα αποτελέσματα του πειράματος δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο ακαδημαϊκό περιοδικό Neuron και σύμφωνα με τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρική διέγερση για την εμφύτευση πληροφοριών απευθείας στον προκινητικό φλοιό των πιθήκων που χρησιμοποιήθηκαν ως υποκείμενα δοκιμής. Η έρευνα είναι ακόμη πολύ προκαταρκτική, αλλά οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ ελπίζουν ότι η εργασία τους θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για τα εμφυτεύματα που θα βοηθήσουν στη θεραπεία εγκεφαλικών και νευρολογικών παθήσεων.

Ο Marc H. Scheiber, ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης καθώς και ερευνητής και γιατρός στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, λέει ότι το έργο τους διαφέρει από άλλες έρευνες για την ηλεκτρική διέγερση του εγκεφάλου. Ενώ οι περισσότεροι ερευνητές που εργάζονται σε έργα διέγερσης του εγκεφάλου επικεντρώνονται στις επιπτώσεις της διέγερσης των πρωτογενών αισθητηριακών φλοιών (που περιλαμβάνουν τον ακουστικό φλοιό, τον οπτικό φλοιό και τον σωματοαισθητικό φλοιό), η εργασία τους επικεντρώθηκε στην απόδειξη ότι η διέγερση δεν χρειάζεται να μια περιοχή αισθητηριακής λήψης για να έχει το υποκείμενο αναγνωρίσιμες εμπειρίες.

Παίζοντας ένα παιχνίδι με ηλεκτρόδια

Οι ερευνητές ξεκίνησαν εκπαιδεύοντας δύο πιθήκους rhesus να παίζουν ένα απλό παιχνίδι. Το παιχνίδι περιελάμβανε την υποχρέωση των πιθήκων να εκτελούν εργασίες βασισμένες σε κινήσεις και οπτικές οδηγίες. Οι ερευνητές έδειξαν στους δύο πιθήκους τέσσερα διαφορετικά αντικείμενα και κάθε ένα από τα αντικείμενα φωτιζόταν από ένα φως που μπορούσε να σβήσει ή να ανάψει. Το πάνελ μπροστά από τους δύο πιθήκους περιελάμβανε ένα κουμπί, δύο διαφορετικά πόμολα και μια λαβή. Εάν τα φώτα που περιβάλλουν το αντικείμενο ήταν αναμμένα, οι πίθηκοι θα μπορούσαν να απλώσουν το χέρι στο φωτισμένο αντικείμενο και να λάβουν μια ανταμοιβή.

Τα διάφορα αντικείμενα μέσα στις φωτισμένες τρύπες απαιτούσαν διαφορετική ενέργεια για να ανάψουν το φως. Για παράδειγμα, το κουμπί θα έλαμπε και θα απαιτούσε να πατηθεί ή ο κύλινδρος θα ανάβει και θα χρειαζόταν να το τραβήξετε.

Αφού οι ερευνητές εκπαίδευσαν τους πιθήκους να παίζουν τα παιχνίδια, εξόπλισαν τους πιθήκους με μια σειρά ηλεκτροδίων που τοποθετήθηκαν στον προκινητικό φλοιό. Αρχικά, οι ερευνητές μετέδωσαν μια γρήγορη, αμυδρή έκρηξη ηλεκτρικής διέγερσης κάθε φορά που άναβε ένα από τα φώτα. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, τα φώτα θα λιγόστευαν και θα λιγόστευαν μέχρι να σβήσουν τελείως.

Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι οι πίθηκοι ρέζους ήταν σε θέση να εκτελέσουν τις σωστές ενέργειες για να λάβουν τις ανταμοιβές, παρόλο που το μόνο ερέθισμά τους ήταν η ηλεκτρική μικροδιέγερση. Αυτό σημαίνει ότι είναι δυνατή η έγχυση πληροφοριών απευθείας στον εγκέφαλο, παρακάμπτοντας τις αισθητήριες περιοχές εντελώς και επιτρέποντας στον εγκέφαλο να σχηματίσει τη σωστή απόκριση στα ερεθίσματα.

«Οι πίθηκοι δεν μπορούν να μας πουν τι νιώθουν, επομένως εκπαιδεύοντάς τους να συσχετίσουν τη μικροδιέγερση με μια κίνηση είναι ο τρόπος με τον οποίο μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ότι ένιωσαν μια παρόρμηση ή είχαν κάποιο είδος εμπειρίας», εξηγεί ο Schreiber.

Προηγούμενη έρευνα έχει δείξει ότι το ηλεκτρικό ερέθισμα σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου μπορεί να κάνει τους ανθρώπους να ανταποκρίνονται αυτόματα και να τραντάζουν ακούσια τα άκρα τους. Ωστόσο, οι ερευνητές το έλεγξαν και διαπίστωσαν ότι αυτό δεν συνέβαινε στους πιθήκους.

Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα πράγματα σχετικά με τη μελέτη είναι ότι τα σήματα που οι ερευνητές έγχυσαν στον εγκέφαλο των πιθήκων δεν είχαν καμία υποκείμενη σύνδεση με καμία από τις συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν για να λάβουν τις ανταμοιβές. Οι ερευνητές άλλαξαν τα πράγματα επαναπροσδιορίζοντας τη θέση των ηλεκτροδίων και στη συνέχεια εκπαιδεύοντας ξανά τους πιθήκους στα φώτα. Αφού οι πίθηκοι είχαν προσαρμοστεί σε ένα σύνολο κανόνων, η αλλαγή της θέσης των ηλεκτροδίων σήμαινε ότι τα ηλεκτρόδια τώρα πυροβολούσαν για να υποδείξουν εντελώς διαφορετικά αντικείμενα.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές πειραματίστηκαν με το πόσο σύντομη θα μπορούσε να είναι η διάρκεια των ηλεκτρικών παλμών. Τελικά, εφάρμοζαν ηλεκτρικά τραντάγματα που διαρκούσαν μόνο ένα πέμπτο του δευτερολέπτου, που ήταν πολύ μικρός χρόνος για να ανταποκριθούν αυτόματα οι πίθηκοι. Παρόλα αυτά, οι πίθηκοι εξακολουθούσαν να κατέχουν την έκδοση του παιχνιδιού χωρίς τα φώτα αναμμένα.

Ο Paul Cheney, νευροφυσιολόγος από το Ιατρικό Κέντρο στο Πανεπιστήμιο του Κάνσας, καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η ηλεκτρική διέγερση παράγει κάποιο είδος συνειδητής αντίληψης. Το ποια είναι αυτή η συνειδητή αντίληψη, ωστόσο, παραμένει ένα μυστήριο.

Θεραπευτικές εφαρμογές για διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής

Ο Kevin A. Mazurek, ο άλλος κύριος συγγραφέας της μελέτης, λέει ότι η μελέτη υπονοεί ότι οι Μηχανές/Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου, εκτός της αισθητήριας περιοχής.

Αυτό θα μπορούσε να είναι πρωτοποριακό για την ανάπτυξη θεραπειών για εγκεφαλικό επεισόδιο και άλλους τύπους εγκεφαλικής βλάβης ή ασθένειας. Η ελπίδα είναι ότι το κατεστραμμένο τμήμα του εγκεφάλου θα μπορούσε να παρακαμφθεί με ένα μηχάνημα και οι σχετικές πληροφορίες να σταλούν σε μια άθικτη περιοχή του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια. Ουσιαστικά τα ηλεκτρόδια θα μπορούσαν να «ακρυφάξουν» τη νευρωνική δραστηριότητα που συμβαίνει σε άθικτες περιοχές και στη συνέχεια να στείλουν αυτές τις πληροφορίες στον προκινητικό φλοιό, για παράδειγμα.

Οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής είναι αναπόσπαστο κομμάτι για τη βελτίωση της ζωής των ατόμων με εγκεφαλική βλάβη ή εγκεφαλικές παθήσεις. Μόλις πρόσφατα ένας ΔΜΣ που ονομαζόταν mindBeagle επέτρεψε σε ακινητοποιημένα άτομα που δεν είχαν ικανότητα ομιλίας να επικοινωνούν με άλλους. Οι Mazurek και Schieber ελπίζουν ότι η δουλειά τους θα οδηγήσει σε περισσότερες προόδους σε αυτόν τον τομέα.

Ενώ ο Schieber και ο Mazurek εργάστηκαν με μικροσκοπικές συστοιχίες ηλεκτροδίων για αυτό το πείραμα, οι μηχανικοί εργάζονται σκληρά για να σχεδιάσουν πολύ μεγαλύτερες εμφυτεύσιμες συστοιχίες. Υπάρχουν σχέδια για συστοιχίες που περιλαμβάνουν περίπου 1.000 ηλεκτρόδια συνολικά. Αυτές οι μεγαλύτερες συστοιχίες θα επέτρεπαν τη μετάδοση πιο πολύπλοκων πακέτων πληροφοριών. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι οι δοκιμές σε ανθρώπους μπορούν να γίνουν στο εγγύς μέλλον.

Είναι απίθανο να έχουμε συστήματα παρόμοια με το «Matrix» που μας επιτρέπουν να μεταφέρουμε το περιεχόμενο των βιβλίων στο μυαλό μας σύντομα, αλλά η έρευνα θα μπορούσε να αποδειχθεί ευλογία τόσο για τα θύματα εγκεφαλικής βλάβης όσο και για τις διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής ως σύνολο.