Eine innovative "Hirnprothese" könnte bei Gedächtnisverlust helfen

Für die mehr als 5 Millionen Amerikaner, die mit Alzheimer leben, ist Gedächtnisverlust ein unheilbarer Aspekt der Krankheit. Die Hoffnung liegt jedoch in Form einer neuen Hirnprothese, die derzeit bei menschlichen Patienten getestet wird.
Der Hippocampus-Bereich des Gehirns ist als Gedächtniszentrum bekannt, und hier haben sich die Forscher auf ihr neues Gehirnimplantat konzentriert.

Ergebnisse der Arbeit mit dem Gehirnimplantat, das von Forschern der University of Southern California (USC) und dem Wake Forest Baptist Medical Center in North Carolina entwickelt wurde, wurden kürzlich auf der 37. jährlichen internationalen Konferenz des IEEE Engineering in Medizin und Biologie vorgestellt Gesellschaft in Italien im August.

Das Implantat enthält Elektroden, die in Regionen des Hippocampus platziert sind, die als Gedächtniszentrum des Gehirns bekannt sind.

Es wurde bei USC entwickelt und in Wake Forest getestet, basierend auf früheren Forschungen von Ted Berger und einem neuen Algorithmus, der von Dong Song, beide von USC, entwickelt wurde.

Forscher erklären, dass wenn das Gehirn sensorische Informationen empfängt, es eine Erinnerung durch das Senden komplexer elektrischer Signale, die durch Gebiete des Hippocampus reisen, einprägt. Hier werden die Signale neu codiert, bis sie eine Endregion erreichen, in der ein vollständig anderes Signal zur Langzeitspeicherung gesendet wird.

Wenn jedoch eine Region Schaden hat, verhindert sie die Translation, was zu einer verpassten Gelegenheit für die Langzeitspeicherbildung führt. So kann sich beispielsweise ein Alzheimer-Patient an Ereignisse aus der Vergangenheit erinnern - noch bevor ein Hirnschaden auftrat -, aber keine neuartigen Langzeitgedächtnisse bilden können.

Algorithmus sagt Signale mit 90% Genauigkeit voraus

Song und Berger bauten auf neuronalen Daten auf, die Modelle und Algorithmen von Sam Deadwyler und Robert Hampson von der Abteilung für Physiologie und Pharmakologie bei Wake Forest Baptist beinhalteten. Als Ergebnis konnten die USC-Forscher genau nachahmen, wie ein Gedächtnis vom Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis übersetzt wird.

Das taten sie zuerst mit Daten von Tieren, aber sie waren dann in der Lage, Gedächtnisbildung mit menschlichen Daten nachzuahmen.

Schnelle Fakten über die Alzheimer-Krankheit in den USA

• Alzheimer ist die sechsthäufigste Todesursache
• Es ist die einzige Todesursache in den Top 10, die nicht verhindert, geheilt oder verlangsamt werden kann
• Unter den Senioren sterben 1 von 3 mit Alzheimer oder einer anderen Demenz.

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Unter Verwendung von Patienten, die bereits Elektroden in der Hippocampusregion ihres Gehirns hatten, um chronische Anfälle zu behandeln, "lesen" Deadwyler und Hampson zuerst die elektrischen Signale, die aus der Gedächtnisbildung resultieren, und senden die Daten dann an Song und Berger.

Die beiden USC-Forscher legten dann die Signale in ihr Modell, um zu lesen, wie die Signale aus der ersten Hippocampusregion von der zweiten Region übersetzt wurden.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Algorithmus nach Hunderten von Versuchen mit neun Patienten vorhersagen konnte, wie die Signale mit einer Genauigkeit von etwa 90% übersetzt werden.

Obwohl es gegenwärtig keine Möglichkeit gibt, ein Gedächtnis durch einfaches Betrachten seines elektrischen Signals zu "lesen", umgeht die Prothese der Forscher den beschädigten hippocampalen Abschnitt, um der nächsten Region das korrekt übersetzte Signal zu geben.

"Es ist, als könne man vom Spanischen ins Französische übersetzen, ohne eine der beiden Sprachen verstehen zu können", sagt Berger.

"Mögliche wirksame Behandlung für einige Symptome der Demenz"

Die Aussicht, eine Lösung für Patienten mit Gedächtnisverlust zu bieten, ist ein spannender Durchbruch in der neuralen Forschung - einer, der die Aufmerksamkeit von Dr. Clare Walton, Forschungsleiterin der Alzheimer-Gesellschaft in Großbritannien, auf sich gezogen hat.

"Obwohl sich das wie Science-Fiction-Geschichten anhört", sagt sie, "adressieren die Forscher ein großes Problem für Menschen mit Alzheimer und anderen Formen von Demenz - die Fähigkeit, neue Erinnerungen zu hinterlassen."

Dr. Walton fügt hinzu:

"Wenn dieses Gerät weiterentwickelt und erfolgreich am Menschen getestet wird, könnte es sich als eine wirksame Behandlung für einige der Symptome von Demenz erweisen, jedoch wird es das Fortschreiten des Zustands nicht heilen oder verlangsamen."

Die nächsten Schritte für die Forscher beinhalten den Versuch, das übersetzte Signal in die Gehirne von Patienten zurückzusenden, um zu versuchen, den Schaden zu umgehen, wodurch sich langfristige Erinnerungen bilden können.

Im September, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine Studie, die nahelegte, dass eine neue bildgebende Technik des Gehirns Schäden zeigen kann, die durch hohen Blutdruck verursacht werden, bevor irgendwelche Symptome von Schäden sichtbar sind.