Brain Implant Allows Locked-In Man To Translate Thoughts Into Written Sentences

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

ALS (amyotrofisk lateral sklerose) er ødelæggende grusom. Efterhånden som neuroner, der kontrollerer bevægelse, langsomt dør ud, mister du evnen til at gå, tale og trække vejret. Dit sind forbliver skarpt, men du er fuldstændig låst inde, uden nogen måde at kommunikere med omverdenen på.

Det oplevede en 37-årig mand. Diagnosticeret som 30-årig mistede han på kun 4 måneder sin evne til at tale og gå. På to år kunne han ikke længere bevæge øjnene - hans eneste måde at kommunikere med sin kone og sin lille søn på. Han trak vejret gennem en ventilator og var fuldstændig lammet, og han blev fanget i sit sind.

Fast besluttet på at bryde ud af sit fysiske fængsel meldte manden sig til en meget eksperimenterende procedure. To mikroelektrode-arrays blev kirurgisk implanteret i hjerneområder, der styrer bevægelse. Godt 100 dage efter operationen, og efter omfattende træning, kunne patienten bruge sit sind til at stave sine tanker i hele sætninger.

Hans første anmodning? Skift sin kropsposition for at være mere komfortabel. Hans næste? ”Jeg vil gerne lytte til albummet af Værktøj [et band] højt," derefter "Nu en øl."

"Folk har virkelig tvivlet på, om dette overhovedet var muligt," sagde Dr. Mariska Vansteensel ved University Medical Center Utrecht, som ikke var involveret i undersøgelsen, til Videnskab.

Hvis det replikeres, lover systemet at bringe kommunikation tilbage til hundredtusindvis af mennesker, der er låst inde i deres sind, det være sig på grund af ALS, slagtilfælde, kræft eller traumatiske hjerneskader. Indtil videre er metoden stadig langt fra klar til klinisk brug. Bortset fra mange års træning, er proceduren meget skræddersyet til hver person, med en stor regning på mindst $500,000 over de første to år.

Feltet er også bundet af kontroverser med to af undersøgelsens forfattere involveret i en videnskabelig uredelighedsskandale for deres tidligere arbejde på fastlåste patienter. Hvad angår det nye arbejde, sagde hjerneimplantatekspert Dr. Natalie Mrachacz-Kersting ved universitetet i Freiburg, som ikke var involveret, men som er klar over deres historie, "Jeg vil sige, at det er et solidt studie".

Patienten kunne ikke være ligeglad. "Først vil jeg gerne takke" Dr. Niels Birbaumer, hovedforfatteren af undersøgelsen, sagde han med sit sind. Et år senere, "mit største ønske er en ny seng, og at jeg i morgen kommer med dig til grillmad," fortalte han sin familie.

Den lange vej dertil

Hjernekirurgi er ikke nogens førstevalg.

Efter sin diagnose kortlagde manden en spilleplan, som enhver familie, der kæmper mod ALS, kender. I midten var der en øjensporingsanordning, som han kunne bruge til at stave sine tanker. Men da musklerne omkring hans øjne gradvist svigtede, kunne han ikke længere rette blikket, hvilket gjorde trackeren ubrugelig. Familien udviklede efterfølgende deres eget pen-og-papir-system, så de kunne spore simple tanker ud fra hans øjenbevægelser. Det var rudimentært: enhver observerbar øjenbevægelse betragtes som et "ja", ellers antager de "nej".

Da patienten indså, at han snart kunne miste al øjenkontrol, begyndte patienten sin rejse for at kommunikere gennem sin hjernes elektriske signaler alene. Med fremkomsten af stadig mere kraftfuld software og biokompatible hjerneimplantater, forbinder hjernen med computere– og omgåelse af neurale skader – eksploderer i en vidtgående kraftfuld, hvis stadig eksperimentel, strategi til at bekæmpe lammelse.

Startende med en ikke-invasiv opsætning, blev han udstyret med elektroder på overfladen af hans kranie for at fange hans hjernes brede elektriske mønstre. Fordi kraniet spreder signaler og bringer støj ind, målte systemet også elektriske signaler over øjet som en separat datakilde. Udviklet af undersøgelsesforfatterne Birbaumer og hans mangeårige samarbejdspartner Dr. Ujwal Chaudhary, systemet arbejdede på et binært "ja" eller "nej".

Inden for et år fejlede kommunikationen endnu en gang. I forventning om sin skæbne for total låsning undgik manden – efter aftale med sin kone og søster – øjnene helt. I stedet valgte de hjerneimplantater til direkte at udnytte hans neurale signaler.

En lang vej stadig

I juni 2018, blot tre år efter sin diagnose, fik manden implanteret to mikroarray-elektroder i sin motoriske cortex. Hvert implantat indeholdt 64 kanaler til at lytte til hans hjernes aktivitet som en måde at afkode og kommunikere med omverdenen.

Det er ikke en ny idé. En undersøgelse i 2016 brugte hjerneimplantater – i alt 16 elektroder – i en kvinde til at styre skrivningen ved at forestille sig bevægelser i hendes hånd. I modsætning til den nuværende patient var hun stadig i stand til at blinke med øjnene, hvilket gjorde hendes tilfælde anderledes. "Vi ved virkelig ikke, om kommunikation, selv fra hjernesignaler, stadig er mulig, når al muskelkontrol svigter," sagde undersøgelsesforfatterne.

Næsten med det samme ramte de en mur. En dag efter implantationen, mens patienten stadig kunne bevæge øjnene, bad teamet ham om at stole på familiens tidligere strategi med at kommunikere "ja" eller "nej", mens de overvågede hans hjernesignaler. Desværre var signalerne alt for svage. At bede patienten om at forestille sig hånd-, tunge- eller fodbevægelser - alle tricks fra tidligere arbejde - kunne heller ikke generere neurale signaler, der var i stand til at afkode hans hensigter.

Næsten tre frustrerende måneder senere ændrede holdet deres strategi. De benyttede sig af neurofeedback, en metode, der giver nogen mulighed for at ændre deres hjernesignaler med feedback i realtid om, hvorvidt de har haft succes. Det lyder som akademisk-møder-new-age meditation, og det er lidt usædvanligt som træningsparadigme. Men neurofeedback testes som en metode til selvkontrol af hjernefunktioner for en række lidelser, herunder angst, depression, søvnløshed, afhængighed og andre, med varierende grad af succes.

Her brugte holdet auditiv neurofeedback som en måde til bedre at måle neurale reaktioner nær de implanterede elektroder. De spillede først en tone og bad manden prøve at manipulere tonen enten højere eller lavere i tonehøjde. Under motorhjelmen steg mandens neurale affyringer hurtigere eller langsommere afhængigt af banen, hvilket gav en kraftfuld baseline.

hjerneimplantat — *Billede Credit: Chaudhary et al., Nature*

Strategien virkede. Patienten var i stand til at flytte tonens tonehøjde ved sit første forsøg. Inden for to uger kunne han matche tonen blot ved at koncentrere sig. Disse indledende test gjorde det muligt for holdet at udvælge meget responsive neuroner, og ved hjælp af dataene udtænkte de en simpel strategi: ved at holde en tone højt eller lavt, kunne han indikere "ja" eller "nej" i starten og efterfølgende individuelle bogstaver .

En lang vej forude

Træningen var hård. På hver sessionsdag startede holdet med 10 minutters baseline-optagelser, mens manden hvilede sig.

"Det er sådan, vi kan køre vores softwareprogram for at bestemme affyringshastigheden for forskellige individuelle kanaler" for at se, hvilke der er optimale til neurofeedback, forklarede forfatterne. Samlet set matchede manden 80 procent af feedbacken, før de fortsatte til stave-sessioner. Inden for de første tre dage var han i stand til at stave sit eget, sin kones og sin søns navne.

Men det er stadig en opslidende opgave: Selv med måneders træning kunne han kommunikere med omkring et tegn i minuttet eller 131 tegn om dagen. Og det er kun de forståelige. Desværre, selv med træning var der ikke en stigning i hastigheden.

Alligevel omhyggeligt som det er, er manden i stand til at nå ud til sit plejeteam og sin familie. En besked bad om at løfte hovedet højere, når han havde besøg. En anden bad om ingen skjorter, men sokker på for natten.

"Han gav endda forslag til at forbedre sin staveevne ved at stave 'slå ordgenkendelse til'," sagde forfatterne omkring seks måneder efter implantationen. Inden for et år sagde han "Drenge, det virker så ubesværet" til holdet og bad sin kone om en dejlig aftensmad med "Gulaschsuppe og sød ærtesuppe" i hans ernæringssonde.

Tiden var tragisk nok ikke på hans side. I de tre år, der er gået siden hans implantation, blev kommunikationen langsommere og blev mere og mere fyldt med fejl, til et punkt af fuldstændig uforståelighed.

Hvorfor det skete er stadig et mysterium, men eksperter mener, at det sandsynligvis skyldes, at der dannes arvæv omkring elektroderne, som dæmper hjernens signaler. Selvom forfatterne ikke rapporterede om betændelse eller infektioner i implantatområdet, er det altid en risiko.

Men som banebrydende skitserer undersøgelsen en ny begyndelse for mennesker, der er låst inde. Det er en høj belønning med ekstremt højt ansvar: Mange patienter på dette stadium kan være ved slutningen af deres liv. Hvor sikre kan vi være i en teknologi, der afkoder deres meninger om behandling og medicinske beslutninger? Hvad sker der, hvis hjerneimplantatet misforstår en tanke, der involverer deres omsorg? Og for sygdomme uden helbredelse, på hvilket tidspunkt bliver disse sind-maskine-broer falsk håb for deres kære, når hjernen langsomt forsvinder?

For nu er den spunky patient ikke bekymret over alt det. Med implantatet bad han sin fire-årige søn om at se Disneys Robin Hood, eller "heks og troldmand" på Amazon. "Jeg elsker min seje søn," sagde han med sin hjerne.

Billede Credit: Wyss Center

Tidsstempel: Marts 30, 2022