Att förena hjärnan och datorn har sedan länge varit en science fictionfantasi. Nu håller fantasin på att bli verklighet och kan om tio år kanske rädda minnet hos patienter med till exempel demens. I år har de första djurförsöken med en “hjärnprotes” inletts.
Av Jerk W Langer
Har minnet börjat svikta? Då kan ett minneschips vara lösningen. Inte än, men kanske om tio år. Forskare inom fältet Neural Engineering förställer sig nämligen att de en dag kommer att kunna koppla ihop avancerade mikrochips direkt med hjärncellerna och på så sätt ersätta ett hjärncentrum, som har skadats av demens, slaganfall eller andra allvarliga sjukdomar.
Det är här i gränszonerna mellan medicin och elektronik som forskarna i flera år har arbetat intensivt på att skapa en hjärnprotes. Inledningsvis är det hjärncentrumet hippocampus som forskarna försöker ersätta den region där minnet hör hemma.
Hjärnprotesen är dock mycket långt från att tas i bruk hos människan; antagligen rör det sig om upp mot tio år. Redan i år planerar man dock de första djurförsöken, först på råttor och sedan på apor. Om dessa experiment slår väl ut, och tekniken visar sig vara säker, är vägen öppen för att placera in hjärnproteser i människor. Det är en lång process, och den ledande forskargruppen, vars chef är Theodore W Berger på Department of Biomedical Engineering vid University of Southern California i Los Angeles, har redan arbetat i många år på att utveckla en konstgjord hippocampus.
Hippocampus ligger innanför skallbenet vid örat. Här hjälper det till med att lagra erfarenheter, men hos personer med Alzheimers sjukdom, som är den vanligaste orsaken till demens, händer det ofta att området skadas. Det samma kan hända vid slaganfall, det vill säga en blodpropp eller blödning i hjärnan. Även patienter med vissa former av epilepsi får skador på hippocampus och kan på så sätt bli kandidater till hjärnprotesen. Den skall i princip sättas in som en bro, som gör det möjligt för två områden i hjärnan att kommunicera med varandra igen, även om den del som ligger mellan dem delvis förstörts av sjukdom.
I praktiken fungerar hippocampus som en fördelningsstation, som samlar in erfarenheter och skickar ut dem till de ställen i hjärnan där de skall lagras. Det skapar det långtidsminne som vi sedan kan förlita oss på större delen av livet. Utan hippocampus kan man inte lagra nya erfarenheter. Det är precis vad som händer vid sjukdomen demens, då personen går i barndom och kan ha klara minnen från händelser 50 år tillbaka i tiden, men inte vet vad som hände igår.
Att forskarna har valt att utveckla en protes till hippocampus hänger samman med att hippocampus är en relativt primitiv hjärnregion. Den har nämligen en enkel uppbyggnad av nervceller i ett nätverk, som upprepar sig i hela dess längd. Därför kan forskarna undersöka dess funktioner genom att skära upp den i papperstunna skivor och testa dessa skivor var för sig. Dessutom är det ganska lätt att prova protesen rent praktiskt. Blir patientens minne bättre så fungerar den. Annars fungerar den inte.
En matematisk hjälpmodell
Det lustiga är att Berger och hans kollegor inte vet speciellt mycket om hur hippocampus fungerar på cellnivå och inget alls om den ännu lägre molekylära nivån. Under konstruktionen av hjärnprotesen har de därför helt enkelt kopierat hippocampus reaktioner över till ett mikrochips. Skivor av hippocampus från råttor har stimulerats med elektriska signaler flera miljoner gånger, och varje gång har hjärnskivans reaktioner registrerats av en dator. Till sist hade forskarna gjort så många mätningar att de med säkerhet kunde förutsäga hur hippocampus skulle reagera på en viss elektrisk stimulering i hjärnan. Genom att sammanfatta all denna information har de kunnat bygga en samlad matematisk modell för hur hippocampus fungerar.
Hjärnprotesen består av tre mikrochips. Den matematiska modellen för funktionen av hippocampus är inbyggd
i ett datormikrochips, som skall sitta på ytan av patientens kranium. Via två knippen med tunna elektroder är chipset kopplat till två andra mikrochips på var sin sida om det område som har skadats. I praktiken blir det så att hjärnsignalerna tar en omväg ut genom datorchipset, som ersätter den del av hippocampus som inte fungerar.
Forskarnas bedrift är att de har skapat ett datorchips som kan tala samma språk som själva hjärnan. Inledningsvis kommer forskargruppen nu att utföra experiment som testar hjärnprotesen på skivor av råtthjärnor, vilka hålls vid liv i ett laboratorieglas fyllt med hjärnvätska. När dessa försök är färdiga, är det apornas tur. Aporna kommer att få vissa delar av sin hippocampus förstörda, och sedan provar forskarna om hjärnprotesen lyckas ta över funktionen hos den förstörda hjärnvävnaden. Frågan är dock om apförsöken kan klargöra om hjärnprotesen även kan hjälpa människor. Även om hippocampus rent anatomiskt sett är ganska likartad hos de flesta däggdjur, finns det naturligtvis skillnader i hur minnet fungerar och hur utvecklat det är. Det slutgiltiga testet på om protesen verkligen fungerar kommer därför att utföras på människor.
Först måste forskarna dock lösa problemet med att få hjärncellerna att växa in över de båda mikrochips som placeras inne i hjärnan, så att hjärncellerna skapar en direktkontakt med de elektroniska kretsarna. Hjärnans speciella gliaceller uppfattar nämligen mikrochips som främmande föremål och kommer alltid att försöka stöta bort dem. Därför samarbetar neuroforskarna med bland annat kemister för att hitta ett ämne som kan täcka ytan på mikrochipset så att det inte uppfattas som främmande utan kanske till och med kan dra till sig hjärnceller.
Protes väcker etiska frågor
Forskarna är medvetna om att deras forskning ger upphov till kontroverser. Hjärnan är ju inte bara ett fysiologiskt organ som till exempel en njure. Hjärnan är även vårt centrum för känslor, humör, minne och medvetenhet, och därmed är den direkt kopplad till vår personlighet och vår identitet. Många av oss kan acceptera att använda mekaniska proteser och konstgjorda apparater till att ersätta armar, ben och hörsel. Situationen blir emellertid annorlunda, när man börjar låta en så kallad neural protes ersätta hjärnceller, som utför avancerade tankeprocesser. I och med det har forskarna ändrat begreppet protes från att vara
ett passivt hjälpmedel till att bli en aktiv beslutsfattare, som så att säga tar över personens tankefunktion.
Ser vi framåt i tiden och föreställer oss att experimentet har lyckats, är den stora frågan naturligtvis vad det är för ett slags minne som personen slutligen får. Blir det hans eller hennes egna erfarenheter som lagras där? Har man själv en viss kontroll över det man kommer ihåg? Eller blir man tvungen att komma ihåg obetydliga eller obehagliga saker, som en frisk hjärna annars skulle ha glömt? Ingen vet det idag. Ett annat etiskt problem kommer att vara om den person som behöver en hjärnprotes kommer att kunna ge sitt samtycke för att ta den i bruk. De som får störst användning av protesen kommer att vara personer med dålig hjärnfunktion och ett förstört korttidsminne. Förstår de överhuvudtaget vad det är som händer?
Det råder knappast någon tvekan om att många människor kommer att ha svårt att förlika sig med tanken på att små elektroniska prylar kan komma att dirigera något så personligt som minnet. Å andra sidan kan det visa sig att det blir som med hjärttransplantationer. I början vållade de många etiska problem, eftersom man förknippade hjärtat med hela personligheten och att vara en levande, självständig människa. Idag har attityden vänt, och både hjärttransplantationer och konstgjorda hjärtan av plast och metall accepteras av de flesta som en effektiv och etiskt försvarbar behandling.
Kommentera: