Το εμφύτευμα εγκεφάλου επιτρέπει στον εγκλωβισμένο άνθρωπο να μεταφράζει σκέψεις σε γραπτές προτάσεις

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

εικόνες νευροανάδρασης εμφυτεύματος εγκεφάλου

Η ALS (αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση) είναι καταστροφικά σκληρή. Καθώς οι νευρώνες που ελέγχουν την κίνηση πεθαίνουν αργά, χάνετε την ικανότητα να περπατάτε, να μιλάτε και να αναπνέετε. Το μυαλό σας παραμένει αιχμηρό, αλλά είστε εντελώς κλειδωμένοι, χωρίς κανένα τρόπο επικοινωνίας με τον έξω κόσμο.

Αυτό βίωσε ένας 37χρονος. Διαγνώστηκε στα 30, σε μόλις 4 μήνες έχασε την ικανότητά του να μιλάει και να περπατά. Σε δύο χρόνια, δεν μπορούσε πλέον να κουνήσει τα μάτια του - η μόνη του μέθοδος επικοινωνίας με τη γυναίκα και τον μικρό γιο του. Αναπνέοντας από έναν αναπνευστήρα και εντελώς παράλυτος, παγιδεύτηκε μέσα στο μυαλό του.

Αποφασισμένος να ξεφύγει από τη φυσική του φυλακή, ο άνδρας εγγράφηκε μια άκρως πειραματική διαδικασία. Δύο συστοιχίες μικροηλεκτροδίων εμφυτεύθηκαν χειρουργικά σε περιοχές του εγκεφάλου που ελέγχουν την κίνηση. Λίγο πάνω από 100 ημέρες μετά την επέμβαση και μετά από εκτεταμένη εκπαίδευση, ο ασθενής ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσει το μυαλό του για να διατυπώσει τις σκέψεις του σε πλήρεις προτάσεις.

Το πρώτο του αίτημα; Αλλάξτε τη θέση του σώματός του για να είναι πιο άνετα. Το επόμενο του; «Θα ήθελα να ακούσω το άλμπουμ του Εργαλείο [ένα συγκρότημα] δυνατά», μετά «Τώρα μια μπύρα».

«Οι άνθρωποι έχουν πραγματικά αμφισβητήσει αν αυτό ήταν καν εφικτό», είπε Η Δρ Mariska Vansteensel στο Πανεπιστημιακό Ιατρικό Κέντρο της Ουτρέχτης, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη, να Επιστήμη.

Εάν επαναληφθεί, το σύστημα υπόσχεται να επαναφέρει την επικοινωνία σε εκατοντάδες χιλιάδες ανθρώπους που είναι κλειδωμένοι στο μυαλό τους, είτε λόγω ALS, εγκεφαλικού, καρκίνου ή τραυματικών εγκεφαλικών βλαβών. Προς το παρόν, η μέθοδος απέχει ακόμη πολύ από το να είναι έτοιμη για κλινική χρήση. Εκτός από χρόνια εκπαίδευσης, η διαδικασία είναι ιδιαίτερα προσαρμοσμένη σε κάθε άτομο, με έναν βαρύ λογαριασμό τουλάχιστον 500,000 $ τα δύο πρώτα χρόνια.

Το πεδίο είναι επίσης βυθισμένο σε διαμάχες, με δύο από τους συγγραφείς της μελέτης εμπλακεί σε ένα επιστημονικό σκάνδαλο παραπτωμάτων για τους προηγούμενη εργασία σε εγκλωβισμένους ασθενείς. Όσο για τη νέα εργασία, η ειδικός στα εμφυτεύματα εγκεφάλου Δρ Natalie Mrachacz-Kersting στο Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ, η οποία δεν συμμετείχε, αλλά γνωρίζει την ιστορία τους, είπε:Θα έλεγα ότι είναι μια σταθερή μελέτη. "

Ο ασθενής δεν μπορούσε να νοιαστεί λιγότερο. «Πρώτα θέλω να ευχαριστήσω» είπε με το μυαλό του ο Δρ. Niels Birbaumer, ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Ένα χρόνο αργότερα, «η μεγαλύτερη επιθυμία μου είναι ένα νέο κρεβάτι και αύριο να έρθω μαζί σας για μπάρμπεκιου», είπε στην οικογένειά του.

Ο μακρύς δρόμος εκεί

Η εγχείρηση εγκεφάλου δεν είναι η πρώτη επιλογή κανενός.

Μετά τη διάγνωσή του, ο άνδρας χάραξε ένα σχέδιο παιχνιδιού γνωστό σε κάθε οικογένεια που μάχεται με το ALS. Στο κέντρο του βρισκόταν μια συσκευή παρακολούθησης ματιών που μπορούσε να χρησιμοποιήσει για να εκφράζει τις σκέψεις του. Αλλά καθώς οι μύες γύρω από τα μάτια του σταδιακά απέτυχαν, δεν μπορούσε πλέον να σταθεροποιήσει το βλέμμα του, καθιστώντας τον ιχνηλάτη άχρηστο. Στη συνέχεια, η οικογένεια ανέπτυξε το δικό της σύστημα στυλό και χαρτιού, έτσι ώστε να μπορούν να παρακολουθούν απλές σκέψεις με βάση τις κινήσεις των ματιών του. Ήταν στοιχειώδες: οποιαδήποτε παρατηρήσιμη κίνηση των ματιών θεωρείται «ναι», διαφορετικά υποθέτουν «όχι».

Συνειδητοποιώντας ότι μπορεί σύντομα να χάσει κάθε έλεγχο των ματιών, ο ασθενής ξεκίνησε το ταξίδι του για να επικοινωνήσει μόνο μέσω των ηλεκτρικών σημάτων του εγκεφάλου του. Με την άνοδο του ολοένα και πιο ισχυρού λογισμικού και βιοσυμβατών εμφυτευμάτων εγκεφάλου, συνδέοντας τον εγκέφαλο με τους υπολογιστές—και η παράκαμψη της νευρικής βλάβης— εκρήγνυται σε μια ευρέως ισχυρή, αν και ακόμα πειραματική, στρατηγική για την καταπολέμηση της παράλυσης.

Ξεκινώντας με μια μη επεμβατική διάταξη, του τοποθετήθηκαν ηλεκτρόδια στην επιφάνεια του κρανίου του για να καταγράψει τα ευρεία ηλεκτρικά μοτίβα του εγκεφάλου του. Επειδή το κρανίο διαχέει σήματα και φέρνει θόρυβο, το σύστημα μέτρησε επίσης τα ηλεκτρικά σήματα σε όλο το μάτι ως ξεχωριστή πηγή δεδομένων. Αναπτύχθηκε από Οι συγγραφείς της μελέτης Birbaumer και ο επί χρόνια συνεργάτης του Dr. Ujwal Chaudhary, το σύστημα λειτούργησε σε ένα δυαδικό «ναι» ή «όχι».

Μέσα σε ένα χρόνο, οι επικοινωνίες απέτυχαν για άλλη μια φορά. Προβλέποντας τη μοίρα του για απόλυτο κλείδωμα, ο άνδρας -σε συμφωνία με τη γυναίκα και την αδερφή του- απέφυγε τα βλέμματα εντελώς. Αντίθετα, επέλεξαν εγκεφαλικά εμφυτεύματα για να αγγίξουν απευθείας τα νευρικά του σήματα.

Ένας μακρύς δρόμος ακόμα

Τον Ιούνιο του 2018, μόλις τρία χρόνια μετά τη διάγνωσή του, ο άνδρας εμφυτεύτηκαν δύο ηλεκτρόδια μικροσυστοιχίας στον κινητικό του φλοιό. Κάθε εμφύτευμα περιείχε 64 κανάλια για να ακούει τη δραστηριότητα του εγκεφάλου του ως τρόπο αποκωδικοποίησης και επικοινωνίας με τον έξω κόσμο.

Δεν είναι μια νέα ιδέα. Μία μελέτη το 2016 χρησιμοποίησε εγκεφαλικά εμφυτεύματα -συνολικά 16 ηλεκτρόδια- σε μια γυναίκα για να ελέγξει την πληκτρολόγηση φανταζόμενη κινήσεις στο χέρι της. Σε αντίθεση με την τρέχουσα ασθενή, ήταν ακόμα ικανή να ανοιγοκλείνει τα μάτια της, κάτι που έκανε την περίπτωσή της διαφορετική. «Πραγματικά δεν γνωρίζουμε εάν η επικοινωνία, ακόμη και από τα σήματα του εγκεφάλου, είναι ακόμα δυνατή όταν αποτύχει όλος ο έλεγχος των μυών», είπαν οι συγγραφείς της μελέτης.

Σχεδόν αμέσως, χτύπησαν σε τοίχο. Μια μέρα μετά το εμφύτευμα, ενώ ο ασθενής μπορούσε ακόμα να κινήσει τα μάτια του, η ομάδα του ζήτησε να βασιστεί στην προηγούμενη στρατηγική της οικογένειας να επικοινωνεί «ναι» ή «όχι» ενώ παρακολουθεί τα σήματα του εγκεφάλου του. Δυστυχώς, τα σήματα ήταν πολύ αδύναμα. Ζητώντας από τον ασθενή να φανταστεί τις κινήσεις των χεριών, της γλώσσας ή του ποδιού - όλα κόλπα από προηγούμενη εργασία - απέτυχε επίσης να δημιουργήσει νευρικά σήματα ικανά να αποκωδικοποιήσουν τις προθέσεις του.

Σχεδόν τρεις απογοητευτικούς μήνες αργότερα, η ομάδα άλλαξε τη στρατηγική της. Χρησιμοποίησαν τη νευροανάδραση, μια μέθοδο που επιτρέπει σε κάποιον να τροποποιήσει τα σήματα του εγκεφάλου του με ανατροφοδότηση σε πραγματικό χρόνο για το αν πέτυχε. Ακούγεται σαν διαλογισμός ακαδημαϊκού-συναντά-νέα εποχή και είναι λίγο ασυνήθιστο ως πρότυπο εκπαίδευσης. Αλλά η νευροανάδραση δοκιμάζεται ως μέθοδος αυτοελέγχου των εγκεφαλικών λειτουργιών για μια ποικιλία διαταραχών, συμπεριλαμβανομένου του άγχους, κατάθλιψη, αϋπνία, εθισμός και άλλα, με διαφορετικά επίπεδα επιτυχίας.

Εδώ, η ομάδα χρησιμοποίησε την ακουστική νευροανάδραση ως τρόπο για να μετρήσει καλύτερα τις νευρικές αποκρίσεις κοντά στα εμφυτευμένα ηλεκτρόδια. Πρώτα έπαιξαν έναν τόνο και ζήτησαν από τον άνδρα να προσπαθήσει να χειραγωγήσει τον τόνο είτε υψηλότερο είτε χαμηλότερο στον τόνο. Κάτω από την κουκούλα, οι νευρικές βολές του άνδρα αυξάνονταν πιο γρήγορα ή πιο αργά ανάλογα με τον αγωνιστικό χώρο, παρέχοντας μια ισχυρή γραμμή βάσης.

εγκεφαλικό εμφύτευμα — *Image Credit: Chaudhary et al, Nature*

Η στρατηγική λειτούργησε. Ο ασθενής μπόρεσε να μετακινήσει τον τόνο στην πρώτη του προσπάθεια. Μέσα σε δύο εβδομάδες μπορούσε να ταιριάξει με τον τόνο απλώς συγκεντρώνοντας. Αυτές οι αρχικές δοκιμές επέτρεψαν στην ομάδα να διαλέξει νευρώνες υψηλής απόκρισης και χρησιμοποιώντας τα δεδομένα, επινόησε μια απλή στρατηγική: κρατώντας έναν τόνο ψηλά ή χαμηλά, μπορούσε να δείξει «ναι» ή «όχι» στην αρχή και στη συνέχεια, μεμονωμένα γράμματα. .

Ένας μακρύς δρόμος μπροστά

Η προπόνηση ήταν σκληρή. Κάθε ημέρα συνεδρίας, η ομάδα ξεκινούσε με 10 λεπτά ηχογραφήσεων βασικής γραμμής ενώ ο άνδρας ξεκουραζόταν.

«Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να εκτελέσουμε το πρόγραμμα λογισμικού μας για να προσδιορίσουμε τον ρυθμό πυροδότησης διαφορετικών μεμονωμένων καναλιών» για να δούμε ποια είναι τα βέλτιστα για νευροανάδραση, εξήγησαν οι συγγραφείς. Συνολικά, ο άνδρας ανταποκρίθηκε στο 80 τοις εκατό των σχολίων πριν συνεχίσουν στις συνεδρίες ορθογραφίας. Μέσα στις πρώτες τρεις μέρες, μπόρεσε να γράψει τα δικά του ονόματα, της γυναίκας του και του γιου του.

Αλλά εξακολουθεί να είναι μια εξαντλητική εργασία: ακόμη και με μήνες εκπαίδευσης, μπορούσε να επικοινωνεί με περίπου έναν χαρακτήρα το λεπτό, ή 131 χαρακτήρες την ημέρα. Και αυτά είναι μόνο τα κατανοητά. Δυστυχώς, ακόμη και με την προπόνηση δεν αυξήθηκε η ταχύτητα.

Ωστόσο, όσο επίπονο κι αν είναι, ο άνδρας μπορεί να απευθυνθεί στην ομάδα φροντίδας και την οικογένειά του. Ένα μήνυμα ζητούσε να σηκώσει το κεφάλι του ψηλότερα όταν είχε επισκέπτες. Ένας άλλος ζήτησε όχι πουκάμισα, αλλά κάλτσες για το βράδυ.

«Έδωσε ακόμη και προτάσεις για τη βελτίωση της απόδοσης του ορθογραφικού του συλλαβίζοντας το «ενεργοποιήστε την αναγνώριση λέξεων», είπαν οι συγγραφείς περίπου έξι μήνες μετά την εμφύτευση. Μέσα σε ένα χρόνο, είπε «Αγόρια, δουλεύει τόσο αβίαστα» στην ομάδα και ζήτησε από τη σύζυγό του ένα ωραίο δείπνο με «σούπα γκούλας και σούπα γλυκού μπιζελιού» στο σωλήνα ταΐσματος.

Ο χρόνος, δυστυχώς, δεν ήταν με το μέρος του. Στα τρία χρόνια από την εμφύτευσή του, οι επικοινωνίες επιβραδύνθηκαν και γίνονταν όλο και πιο γεμάτες λάθη, σε σημείο πλήρους ακατανόητης.

Το γιατί συνέβη αυτό παραμένει ένα μυστήριο, αλλά οι ειδικοί πιστεύουν ότι είναι πιθανό λόγω του σχηματισμού ουλώδους ιστού γύρω από τα ηλεκτρόδια, που μειώνουν τα σήματα του εγκεφάλου. Αν και οι συγγραφείς δεν ανέφεραν καμία φλεγμονή ή λοιμώξεις στην περιοχή του εμφυτεύματος, είναι πάντα ένας κίνδυνος.

Αλλά ως πρωτοπόρος, η μελέτη σκιαγραφεί μια νέα αρχή για τους ανθρώπους που είναι εγκλωβισμένοι μέσα. Είναι υψηλή ανταμοιβή με εξαιρετικά υψηλή ευθύνη: πολλοί ασθενείς σε αυτό το στάδιο μπορεί να είναι στο τέλος της ζωής τους. Πόσο σίγουροι μπορούμε να είμαστε σε μια τεχνολογία που αποκωδικοποιεί τις απόψεις τους για τη θεραπεία και τις ιατρικές αποφάσεις; Τι συμβαίνει εάν το εμφύτευμα εγκεφάλου παρερμηνεύσει μια σκέψη που εμπλέκει τη φροντίδα του; Και για ασθένειες χωρίς θεραπεία, σε ποιο σημείο αυτές οι γέφυρες της μηχανής του μυαλού γίνονται ψεύτικη ελπίδα για τους αγαπημένους καθώς ο εγκέφαλος σιγά-σιγά εξαφανίζεται;

Προς το παρόν, ο εκνευρισμένος ασθενής δεν ασχολείται με όλα αυτά. Με το εμφύτευμα, ζήτησε από τον τετράχρονο γιο του να παρακολουθήσει το Disney's Ρομπέν των Δασών, ή "μάγισσα και μάγος" στο Amazon. «Αγαπώ τον κουλ γιο μου», είπε με το μυαλό του.

Image Credit: Κέντρο Wyss

Σφραγίδα ώρας: Μαρτίου 30, 2022