Egy egér. Egy lézersugár. És egy manipulált memória.

Vajon képesek vagyunk memóriánk tartalmát módosítani? Erre a Scifi-be illő kérdésre keresi a választ Steve Ramirez és Xu Liu MIT-beli laboratóriumában. A kutatópáros lézersugár segítségével manipulálja egy eleven egér memóriáját. Ebben a meglepő és szórakoztató előadásban nem csak a hogyanról, de -- ami ennél sokkal fontosabb -- a miértről is hallunk tőlük. (TEDxBoston)

Steve Ramirez: Elsőéves doktorandusz voltam,

a hálószobámban gubbasztottam,

faltam a jégkrémet,

bámultam a tévét,

és talán, talán Taylor Swiftet hallgattam.

Épp akkoriban szakítottam valakivel.

(Nevetés)

Az időm nagy része azzal ment el,

hogy újra meg újra felidéztem az illető emlékét,

miközben azt kívántam, bárcsak megszabadulnék

attól a gyomorszorító,
zsigerfacsaró érzéstől.

Nos, mint tudják,
az idegtudomány a szakterületem,

így hát tudtam, hogy az illető személy emléke,

és az emlékét színező szörnyű érzelmi háttér

lényegében más-más agyi rendszerek felségterülete.

Ezért arra gondoltam, mi lenne, ha bejutva az agyba,

ki tudnánk törölni azt az émelyítő érzést,

miközben az illető személy
emléke érintetlen maradna?

De aztán rájöttem, hogy ez
egy kicsit sok volna egyszerre.

Mi lenne, ha azzal kezdenénk,
hogy behatolva az agyba,

csak egyetlen emléket ragadnánk ki a sok közül?

Vajon életre tudnánk-e
kelteni ismét ezt az emléket,

vagy esetleg még a tartalmába is
belepiszkálhatnánk?

Ezek után nagyon remélem,
hogy a szóban forgó személy

nem nézi ezt az előadást.

(Nevetés)

Van itt egy kis gond.
Egy aprócska bökkenő.

Ezekről a gondolatokról
valószínűleg az "Emlékmás",

az "Egy Makulátlan Elme Örök Ragyogása",

vagy az "Eredet" című filmek jutnak eszükbe.

De a filmsztárok, akikkel mi dolgozunk,

csak a labor hírességei.

Xu Liu: Kísérleti egerek.

(Nevetés)

Mint idegtudósok,
a laborban egerekkel dolgozunk,

rajtuk próbáljuk megérteni a memória működését.

Ma arról igyekszünk meggyőzni önöket,

hogy tényleg képesek vagyunk
fénysebességgel aktiválni

emlékeket az agyunkban.

Ehhez mindössze két egyszerű lépést kell megtennünk.

Először is meg kell találnunk és
fel kell címkéznünk egy emléket az agyban,

aztán pedig aktiválnunk kell
egy kapcsoló segítségével.

És már készen is vagyunk.

(Nevetés)

SR: Meggyőztük önöket?

Nos hát kiderült, hogy egy emléket
megtalálni az agyban korántsem ilyen egyszerű.

XL: Így igaz. Sokkal nehezebb, mint mondjuk

megtalálni egy tűt a szénakazalban,

mert, tudják, a tű olyan dolog,

amit fizikailag meg tudunk érinteni.

Az emlék pedig nem.

Ráadásul, az agysejtjeink száma sokkal nagyobb,

mint a fűszálak száma egy átlagos szénakazalban.

Így hát ez a feladat meglehetősen ijesztőnek tűnik.

De szerencsére az agyunk
a segítségünkre van ebben a dologban.

Kiderült, hogy csak hagynunk kell,

hogy az agy kialakítson egy emléket,

majd utána ő maga árulja el nekünk,
hogy az adott emlékben

melyik sejtjei vesznek részt.

SR: De mi is történik az agyamban,

amikor felidézek egy régi emléket?

Ha egy pillanatig megfeledkeznénk
az etikai szabályokról,

és itt helyben felvágnák az agyamat,

akkor láthatnák, hogy meglepően nagyszámú

agyterület aktív egy emlék felidézése közben.

Az egyik kiemelten aktív agyterület

a hippocampus lenne,

amiről évtizedek óta tudjuk, hogy szerepe van

a közeli és kedves emlékek tárolásában,

és ez egyúttal ideális célponttá teszi arra,

hogy megpróbáljunk benne emlékeket megtalálni
és újra aktiválni.

XL: Ha kinagyítjuk a hippocampust,

természetesen rengeteg sejtet látunk,

de mégis megtaláljuk azokat,

amelyek egy adott emlékben szerepet játszanak,

mert amikor egy sejt aktív,

például egy emlék kialakítása során,

akkor egyúttal egy lenyomat is képződik,
amiről később tudni fogjuk,

hogy ezek a sejtek éppen aktívak voltak.

SR: Ugyanúgy, ahogy az irodaépületek
ablakai világítanak éjszaka,

jelezve hogy valaki dolgozik
mögöttük az adott pillanatban,

vannak olyan biológiai érzékelők is

egy sejten belül, amelyek
csak akkor kapcsolódnak be,

amikor a sejt éppen aktív.

Ezek egyfajta biológiai ablakok,
amelyek azért világosodnak ki,

hogy tudassák velünk: a sejt éppen elfoglalt.

XL: Fogtuk tehát ennek az érzékelőnek egy részét,

összekötöttük egy, a sejtek vezérlésére
szolgáló kapcsolóval,

az egészet becsomagoltuk
egy mesterséges vírusba,

majd beinjektáltuk az egérnek az agyába.

Így elértük, hogy amikor egy emlék képződik,

akkor a kialakításában részt vevő összes sejtbe

egyúttal ez a kapcsoló is beépül.

SR: Így néz ki például a hippocampus

egy félelememlék kialakítása után.

Az itt látható kék színű terület

az egymás mellett sűrűn sorakozó
agysejteket mutatja,

a zöld sejtek viszont,

a zöld agysejtek azok, amelyek ezért a konkrét

félelememlékért felelősek.

Most tehát éppen a múló félelem

kikristályosodott formáját láthatják a képen.

Ez itt nem más, mint egy emlék keresztmetszete.

XL: Visszatérve az említett kapcsolóhoz,

az az ideális, ha a működése nagyon gyors.

Nem tarthat neki órákig, hogy bekapcsoljon.

Az agy sebességével kell működnie,
ezredmásodpercek alatt.

SR: Te mit gondolsz, Xu?

Használhatnánk például gyógyászati drogokat

az agysejtek be- vagy kikapcsolására?

XL: Na nem. A drogok piszkos dolgok.
Mindenfelé terjednek.

Ráadásul egy örökkévalóságig tartana,
mire hatnának a sejtre.

Szóval ezekkel nem tudnánk az emlékeket
valós időben vezérelni.

És ahhoz mit szólnál, Steve,
ha árammal mennénk neki az agynak?

SR: Hát, az áram az elég gyors,

de valószínűleg nem tudnánk úgy irányítani,

hogy csak az emléket tároló sejteket érje el,

így valószínűleg az egész agyat megsütnénk.

XL: Ó. Hát ez igaz. Akkor úgy látszik, hogy

tényleg találnunk kell egy jobb módszert

az agy fénysebességű vezérlésére.

SR: Hát voltaképpen a fény -
éppen fénysebességgel terjed.

Lehet, hogy az emlékek be- és kikapcsolására

éppen fényt kéne használnunk --

XL: Hát, az tényleg elég gyors!

SR: -- de a közönséges agysejtek

nem reagálnak a fényimpulzusokra,

amelyek viszont mégis, azok pontosan azok,

amelyekbe be van építve a fényérzékeny kapcsoló.

Ehhez először is rá kell vennünk az agysejteket,

hogy reagáljanak a lézerfényre.

XL: Igen. Jól hallották!

Lézersugarakkal akarjuk bombázni az agyat.

(Nevetés)

SR: A technika, ami a segítségünkre lesz,
az optogenetika.

Az optogenetika szolgáltatja
azt a fénykapcsolót,

amit az agysejtek be-
és kikapcsolására tudunk használni,

a kapcsoló maga pedig a
"csatorna rhodopsin" nevű anyag,

amit ezen a képen az agysejt felületén látható
zöld pontok szimbolizálnak.

Úgy képzeljék el a csatorna rhodopsint,
mint egy fényérzékeny kapcsolót,

ami mesterségesen beültethető az agysejtekbe,

hogy aztán segítségével,

egyetlen kattintással be-
vagy kikapcsolhassuk az agysejtet -

ebben az esetben fényimpulzusok segítségével.

XL: Tehát ezt a fényérzékeny kapcsolót hozzákötjük

az említett érzékelőhöz,

és bejuttatjuk az agyba.

Így minden alkalommal, amikor egy emlék kialakul,

a folyamatban részt vevő aktív sejtekben

ez a fényérzékeny kapcsoló is ott lesz,

így ezeket a sejteket lézervillanásokkal

vezérelni tudjuk, ahogy itt láthatják.

SR: Most pedig lássuk,
hogy is néz ki maga a kísérlet!

Most már foghatjuk az egereinket,

berakhatjuk őket egy ilyen dobozba,

majd adhatunk egy enyhe áramütést a lábukra,

amitől kialakul bennük erről a dobozról
egy félelememlék.

Ettől megtanulják, hogy itt
valami rossz történt velük.

Ekkor a mi rendszerünkben azok
a hippocampus-sejtek,

amelyek aktívan részt vesznek
az emlék kialakításában,

csak ezek a sejtek fognak
csatorna rhodopsint tartalmazni.

XL: Ha olyan apró vagy, mint egy egér,

akkor úgy érzed, hogy az egész világ
téged próbál elkapni.

Így a legjobb védekezési reakciód,

ha megpróbálsz észrevétlen maradni.

Amikor az egér fél,

ezt a jellegzetes viselkedést mutatja:

a doboz egyik sarkába húzódva,

próbálja egyetlen testrészét sem mozdítani,

ezt az állapotot hívjuk ledermedésnek.

Ha tehát az egér emlékszik, hogy valami
rossz történt vele ebben a dobozban,

akkor ha visszatesszük ugyanebbe a dobozba,

rögtön ledermed,

mert észrevétlen akar maradni

minden potenciális veszélyforrás előtt.

SR: A ledermedést úgy képzeljék,

mintha a gondolataikban elmerülve
sétálnának az utcán,

amikor hirtelen a semmiből önök elé toppan egy

régi barátnőjük vagy barátjuk,

mire két rettenetes pillanatig

az jár az eszükben, hogy:
"Most mit csináljak? Köszönjek rá?

Rázzak vele kezet?
Fordítsak hátat és szaladjak el?

Üljek le itt, és tegyek úgy,
mintha itt se lennék?"

Az efféle röpke gondolatok
fizikailag blokkolnak bennünket,

és hatásukra úgy nézünk ki,
mint az őz az autó reflektora előtt.

XL: Ha azonban az egeret
egy másik dobozba tesszük,

mint például ebbe itt,

akkor félelemnek a jelét sem fogja mutatni,

mert semmi oka rá,
hogy tartson ettől az új környezettől.

Mi történik azonban,
ha az egeret az új dobozba téve,

egyúttal aktiváljuk a félelememlékét

a lézerrel, ahogy azt korábban tettük?

Vajon vissza fogjuk hozni
az első dobozban rögzített félelememléket

ebben a második, teljesen új környezetben?

SR: Na jó, jöjjön az egymillió dolláros kísérlet!

Most is tisztán emlékszem arra a napra:

a Red Sox éppen győzött,

gyönyörű tavaszi nap volt,

tökéletes idő egy kis sétára a folyóparton,

átugrani North Endbe

egy kis sütire, miegymás.

Xu és én azonban

egy ablaktalan, sötét szobában ültünk,

és még pislogni is elfelejtettünk,

mert tekintetünk a számítógép
képernyőjére szegeződött.

Ezt az egeret figyeltük,
amelynek az emlékeit próbáltuk aktiválni,

életünkben először, a módszerűnk segítségével.

XL: És ezt láttuk.

Amikor az egeret először betettük a dobozba,

elkezdett körülnézni, szimatolni, sétálgatni,

csak a saját dolgával törődött,

mert az egerek eredendően

igen kíváncsi állatok.

Tudni akarta, vajon mi történik
ebben az új dobozban?

Egész érdekes doboz!

De abban a pillanatban,
amikor bekapcsoltuk a lézert, látják,

az egér hirtelen mozdulatlanná dermedt!

Egy helyben maradt,
és próbált teljesen mozdulatlanná válni.

Nyilvánvalóan a dermedtség állapotába került.

Úgy látszik tehát, sikerült felidéznünk

az első dobozban átélt félelem emlékét

ebben az új környezetben.

Miközben ezt néztük, Steve és én

legalább annyira ledöbbentünk,
mint az egér maga.

(Nevetés)

A kísérlet végeztével mindketten

szótlanul hagytuk el a helyiséget.

Hosszú, kínos hallgatást követően

Steve törte meg a csendet.

SR: "Ez működött?"

XL: "Igen", mondtam,
"Ez tényleg működött!"

Rendkívül izgatottak voltunk.

Aztán publikáltuk az első eredményeinket

a Nature folyóiratban.

Az első cikk megjelenése óta

folyamatosan kapjuk a kommenteket

az Interneten keresztül.

Egyet-kettőt közülük érdemes megnézni.

["ÚÚÚÚRISTEN, VÉGRE... Mi jöhet még,
virtuális valóság, neurális manipuláció,
vizuális álomképzés... Neurális kódolás,
'emlékek írása és újraírása',
mentális betegségek.
Óóóóó, valami fantasztikus jövő vár ránk"]

SR: Az első dolog, amit észrevehetünk,

hogy az embereknek határozott
véleményük van az ilyen munkáról.

Én éppenséggel teljesen osztom

az első idézet szerzőjének optimizmusát,

mert egy nullától
Morgan Freeman hangjáig terjedő skálán

ez az egyik leghangzatosabb elismerés,

amit valaha kaptunk.

(Nevetés)

De amint látják, korántsem ez az egyetlen vélemény.

["Ezek a frászt hozzák rám...
Mi lesz, ha ezt embereken is ilyen könnyen
megcsinálják egy pár év múlva?!
ATYAÚRISTEN, EZ MÁR A VÉG"]

XL: Hát igen, ezt a másodikat olvasva

el kell ismernünk, hogy hát,

nem egészen pozitív töltésű.

De egyúttal fel is hívja a figyelmünket,

hogy bár még csak egerekkel dolgozunk,

valószínűleg nem ártana elgondolkodni

és elbeszélgetni a memóriakontroll

lehetséges etikai vonzatairól.

SR: A harmadik idézet kapcsán

mondanánk pár szót egyik jelenleg futó projektünkről,

amit "Eredet" projektnek neveztünk el.

["Filmet kéne csinálni róla.
Arról szólna, hogy gondolatokat ültetnek be
emberek fejébe, majd saját céljaikra
használják őket. A címe lehetne: Az Eredet."]

Most, hogy már képesek vagyunk
újraaktiválni emlékeket,

mi lenne, ha elkezdenénk kicsit megbuherálni őket?

Tudnánk-e esetleg hamis emlékekké alakítani őket?

XL: Az emlékek igen kifinomult és dinamikus dolgok,

de most a megértés kedvéért képzeljük őket

egyszerűen videófelvételeknek.

Eddig arról meséltünk önöknek,
hogy képesek vagyunk

a videó "play" gombját kontrollálni,

és így a felvételt akárhányszor,
akárhol lejátszani.

De képesek vagyunk-e arra is,
hogy behatolva az agyba,

átszerkesszük ezt a videót úgy,

hogy más legyen, mint az eredeti.

Igen, képesek vagyunk.

Kiderült, hogy ehhez
alapvetően ugyanúgy, lézerrel

aktiválnunk kell az emléket,
mint korábban,

de ha ezzel egy időben
új információt is közlünk,

és hagyjuk, hogy ez beépüljön a régi emlékbe,

akkor az eredeti emlék meg fog változni.

Mintha csak remixeltük volna
az eredeti felvételt.

SR: De hogyan csináljuk mindezt?

Ahelyett, hogy félelememléket
keresnénk az agyban,

fogjuk az állatainkat,

és beletesszük őket,
mondjuk egy ilyen kék dobozba,

majd megkeressük
a kék dobozt reprezentáló agysejteket,

és fényérzékennyé tesszük őket,

pontosan az előbb ismertetett módon.

Másnap aztán fogjuk az állatokat,
és átrakjuk őket

egy piros dobozba, ahol még sosem jártak.

Itt fényimpulzusokkal újraaktiváljuk

a kék doboz emlékét.

De mi történik most, ha miközben

az állat a kék dobozra emlékezik,

kap néhány enyhe áramütést a lábára?

Ezzel megpróbálunk mesterségesen
létrehozni egy asszociációt

a kék doboz emléke

és az áramütések között.

Megpróbáljuk összekapcsolni ezt a két dolgot.

Hogy sikerült-e, azt úgy ellenőrizzük,

hogy az állatokat visszarakjuk

a kék dobozba.

Ne felejtsék, éppen az előbb
aktiváltuk újra a kék doboz emlékét,

miközben az állatot áramütés érte a lábán,

és most az állat hirtelen megdermed.

Ez olyan, mintha arra emlékezne,
hogy áramütés érte ebben a környezetben,

bár valójában soha nem történt vele ilyen.

Tehát egy hamis emlék alakult ki,

ami hamis félelmet kelt a környezet iránt,

ahol - technikai értelemben -

semmi rossz nem történt.

XL: Egész eddig csak a fényvezérelt

"BE" kapcsolóról beszéltünk.

Pedig van nekünk
egy fényvezérelt "KI" kapcsolónk is,

és könnyen elképzelhetik,

hogy ennek a "KI" kapcsolónak a beépítésével

egy emléket bármikor, bárhol kikapcsolhatunk.

Minden, amiről ma itt beszéltünk,

az idegtudománynak azon
a filozófiai tartalmú elvén alapul,

hogy az elménk -
minden rejtélyes tulajdonsága ellenére -

valójában fizikai anyagból áll,
amibe bele lehet piszkálni.

SR: Én személy szerint,

én egy olyan világot látok magam előtt,
amelyben képesek vagyunk

bármilyen, tetszőleges emléket újra felidézni.

Olyan világot látok, amelyben
képesek vagyunk a nemkívánatos emlék kitörlésére.

Sőt, egy olyan világot is látok,
melyben az emlékek módosítása

hétköznapi valóság,

mert olyan időket élünk,
melyekben lehetséges

a science-fiction fájáról szedegetett kérdéseket

a tapasztalati valóság talaján megválaszolni.

XL: Jelenleg, kollégáink a laborban,

és más kutatócsoportok tagjai szerte a világon

hasonló módszereket használnak különféle,

közeli vagy távoli,
pozitív vagy negatív emlékek

aktiválására vagy módosítására,
hogy minél jobban megérthessük

a memória működését.

SR: Például egyik munkacsoportunknak a laborban

sikerült azonosítaniuk
a félelememlékekben részt vevő sejteket

és átalakítani őket élményemlékekké,
csak így egyszerűen.

Pontosan erre gondolok, amikor ezeknek a
folyamatoknak az átszerkesztéséről beszélek.

Sőt, egyik fickónak a laborban
sikerült újraaktiválnia

egy nőstény egér emlékeit egy hím egérben,

ami a hírek szerint nagyon
élvezetes tapasztalat.

XL: Szóval, tényleg nagyon
izgalmas időket élünk,

melyben a tudomány előtt nincsenek korlátok,

és a lehetőségeket csak a képzeletünk korlátozza.

SR: És végezetül: Mit kezdünk mindezzel?

Hova fejlődhet ez a technológia?

Ezek azok a kérdések,
amelyek már nem maradhatnak

a laboratórium falain belül.

Ezért mai előadásunk
egyik célja volt tudatosítani

önökben, hogy mi mindenre képes

a modern idegtudomány,

de mostantól - és ez legalább ilyen fontos -

mindenkinek aktívan részt kell vennie
ebben a párbeszédben.

Gondolkodjunk együtt csapatként,
hogy mit is jelent mindez,

hogy hova juthatunk,
vagy hova kéne eljutnunk,

mert Xuval együtt úgy gondoljuk,

hogy igazán súlyos döntések előtt állunk.

Köszönjük. XL: Köszönjük.

(Taps)