Ajuimplantaat võimaldab lukustatud inimesel mõtteid kirjalikeks lauseteks tõlkida

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

ALS (amüotroofne lateraalskleroos) on laastavalt julm. Kuna liikumist kontrollivad neuronid surevad aeglaselt välja, kaotate võime kõndida, rääkida ja hingata. Teie mõistus jääb teravaks, kuid olete täielikult lukustatud, ilma et saaksite välismaailmaga suhelda.

Seda koges 37-aastane mees. Diagnoos tuvastati 30-aastaselt, vaid 4 kuuga kaotas ta kõne- ja kõndimisvõime. Kahe aasta pärast ei saanud ta enam silmi liigutada – see oli tema ainus viis oma naise ja väikese pojaga suhelda. Läbi ventilaatori hingates ja täielikult halvatuna jäi ta oma mõistuse sisse lõksu.

Otsustades oma füüsilisest vanglast välja murda, pani mees end kirja väga eksperimentaalne protseduur. Kaks mikroelektroodi massiivi implanteeriti kirurgiliselt liikumist kontrollivatesse ajupiirkondadesse. Veidi üle 100 päeva pärast operatsiooni ja pärast põhjalikku koolitust suutis patsient oma mõistust kasutada, et oma mõtteid täislausetega välja kirjutada.

Tema esimene palve? Muutke tema kehaasendit mugavamaks. Tema järgmine? "Tahaksin albumit kuulata Vahend [bänd] valjult”, seejärel „Nüüd õlut”.

"Inimesed on tõesti kahelnud, kas see on üldse teostatav," ütles Dr Mariska Vansteensel Utrechti ülikooli meditsiinikeskusest, kes ei osalenud uuringus. teadus.

Kui seda korratakse, tõotab süsteem taastada suhtluse sadade tuhandete inimestega, kes on oma mõtetes lukus, olgu see siis ALS-i, insuldi, vähi või traumaatilise ajukahjustuse tõttu. Praegu pole meetod veel kaugeltki kliiniliseks kasutamiseks valmis. Kui välja arvata aastatepikkune koolitus, on protseduur iga inimese jaoks väga kohandatud, esimese kahe aasta jooksul on kopsakas arve vähemalt 500,000 XNUMX dollarit.

Valdkond on ka vaidlustes kahe uuringu autoriga sattunud teadusliku väärkäitumise skandaali nende varasem töö lukustatud patsientidega. Mis puudutab uut tööd, ütles Freiburgi ülikooli ajuimplantaadi ekspert dr Natalie Mrachacz-Kersting, kes ei olnud sellega seotud, kuid on nende ajaloost teadlik: "Ma ütleksin, et see on kindel uuring. "

Patsient ei saanud vähem hoolida. "Kõigepealt tahan tänada," ütles uuringu juhtiv autor dr Niels Birbaumer mõistusega. Aasta hiljem on "mu suurim soov saada uus voodi ja et ma tuleksin homme teiega grillima," rääkis ta oma perele.

Pikk tee sinna

Ajuoperatsioon ei ole kellegi esimene valik.

Pärast diagnoosimist koostas mees mänguplaani, mis oli tuttav igale ALS-iga võitlevale perele. Selle keskmes oli silmade jälgimise seade, mida ta sai kasutada oma mõtete väljaselgitamiseks. Kuid kuna silmaümbruse lihased hakkasid järk-järgult üles ütlema, ei suutnud ta enam oma pilku fikseerida, muutes jälgija kasutuks. Seejärel töötas perekond välja oma pliiatsi ja paberi süsteemi, et nad saaksid jälgida lihtsaid mõtteid tema silmade liigutuste põhjal. See oli algeline: mis tahes jälgitavat silmaliigutust peetakse jah-ks, vastasel juhul eeldatakse, et ei.

Mõistes, et võib peagi kaotada igasuguse kontrolli silmadest, alustas patsient oma teekonda, et suhelda ainult oma aju elektriliste signaalide kaudu. Üha võimsama tarkvara ja bioloogiliselt ühilduvate ajuimplantaatide leviku tõttu aju ühendamine arvutitega— ja närvikahjustustest möödahiilimine — on plahvatuslikult arenemas laialdaselt võimsaks, kui veel eksperimentaalseks strateegiaks halvatuse vastu võitlemiseks.

Alustades mitteinvasiivsest seadistusest, paigaldati talle kolju pinnale elektroodid, et tabada tema aju laialdasi elektrilisi mustreid. Kuna kolju hajutab signaale ja toob sisse müra, mõõtis süsteem eraldi andmeallikana ka elektrilisi signaale üle silma. Välja töötanud uuringu autorite Birbaumeri ja tema kauaaegse kaastöötaja dr Ujwal Chaudhary sõnul töötas süsteem binaarse "jah" või "ei" kallal.

Aasta jooksul ebaõnnestus side taas. Aimates oma saatust täielikku lukku, vältis mees – kokkuleppel oma naise ja õega – pilgud sootuks. Selle asemel valisid nad ajuimplantaadid, et otse tema närvisignaale kasutada.

Pikk tee ikka

2018. aasta juunis, vaid kolm aastat pärast diagnoosi saamist, implanteeriti mehele kaks mikrokiibi elektroodi tema motoorsesse ajukooresse. Iga implantaat sisaldas 64 kanalit, et kuulata tema ajutegevust dekodeerimiseks ja välismaailmaga suhtlemiseks.

See pole uus idee. Üks uuring 2016. aastal kasutas naisel ajuimplantaate – kokku 16 elektroodi –, et kontrollida tippimist, kujutades ette oma käe liigutusi. Erinevalt praegusest patsiendist suutis ta endiselt silmi pilgutada, mis muutis tema juhtumi teistsuguseks. "Me tõesti ei tea, kas suhtlemine, isegi ajusignaalide kaudu, on endiselt võimalik, kui lihaste kontroll ebaõnnestub," ütlesid uuringu autorid.

Peaaegu kohe põrkasid nad vastu seina. Päev pärast implantaati, kui patsient sai veel oma silmi liigutada, palus meeskond tal toetuda perekonna varasemale strateegiale, mille kohaselt edastas oma ajusignaale jälgides "jah" või "ei". Kahjuks olid signaalid liiga nõrgad. Kui paluti patsiendil ette kujutada käte, keele või jala liigutusi – kõik nipid varasematest töödest –, ei õnnestunud genereerida ka närvisignaale, mis suudaksid tema kavatsusi dekodeerida.

Peaaegu kolm masendav kuud hiljem muutis meeskond oma strateegiat. Nad kasutasid neurotagasisidet – meetodit, mis võimaldab kellelgi muuta oma ajusignaale reaalajas tagasisidega selle kohta, kas see on õnnestunud. See kõlab nagu "akadeemiline-kohtub-uue ajastu" meditatsioon ja treeningu paradigmana on see pisut ebatavaline. Aga neurofeedback testitakse ajufunktsioonide enesekontrolli meetodina mitmesuguste häirete, sealhulgas ärevuse korral, depressioon, unetus, sõltuvus ja teised, erineva eduga.

Siin kasutas meeskond kuulmis neurofeedbacki, et paremini mõõta neuraalseid reaktsioone implanteeritud elektroodide läheduses. Esmalt mängisid nad ühe tooni ja palusid mehel proovida manipuleerida tooniga kas kõrgemal või madalamal. Kapoti all tõusid mehe närvilöögid sõltuvalt helikõrgusest kiiremini või aeglasemalt, andes võimsa baasjoone.

aju implantaat — *Image Credit: Chaudhary jt, Nature*

Strateegia töötas. Patsient suutis esimesel katsel tooni kõrgust nihutada. Kahe nädala jooksul suutis ta tooni ühtlustada lihtsalt keskendudes. Need esialgsed testid võimaldasid meeskonnal valida väga reageerivad neuronid ja andmeid kasutades töötasid nad välja lihtsa strateegia: hoides tooni kõrgel või madalal, võis ta alguses näidata "jah" või "ei" ja seejärel üksikuid tähti. .

Pikk tee Ees

Treening oli raske. Igal seansipäeval alustas meeskond 10-minutilise algseisu salvestusega, kui mees puhkas.

Autorid selgitasid, et nii saame käivitada oma tarkvara, et määrata erinevate üksikute kanalite käivitamissagedust, et näha, millised neist on neurotagasiside jaoks optimaalsed. Üldiselt vastas mees 80 protsendile tagasisidest, enne kui nad jätkasid õigekirjatundidega. Esimese kolme päevaga suutis ta enda, naise ja poja nimed õigekirja kirjutada.

Kuid see on ikkagi kurnav ülesanne: isegi kuudepikkuse treenimisega suutis ta suhelda umbes ühe tähemärgiga minutis ehk 131 tähemärki päevas. Ja need on ainult arusaadavad. Kahjuks isegi treenides kiirus ei tõusnud.

Kuigi see on vaevarikas, suudab mees oma hooldusmeeskonna ja perekonna poole pöörduda. Ühes sõnumis paluti külalisi tulles pea kõrgemale toetada. Teine palus mitte särke, vaid sokke ööseks jalga.

"Ta andis isegi soovitusi oma õigekirja jõudluse parandamiseks, kirjutades "lülita sisse sõnatuvastus", " ütlesid autorid umbes kuus kuud pärast implanteerimist. Aasta jooksul ütles ta meeskonnale: "Poisid, see töötab nii vaevata" ja palus oma naiselt oma toitmistorusse mõnusat õhtusööki "Guljašisupp ja magus hernesupp".

Traagiliselt polnud aeg tema poolel. Kolme aasta jooksul pärast implanteerimist side aeglustus ja muutus üha enam vigu täis kuni täieliku arusaamatuseni.

Miks see juhtus, jääb saladuseks, kuid eksperdid usuvad, et see on tõenäoliselt tingitud elektroodide ümber tekkivast armkoest, mis summutab aju signaale. Kuigi autorid ei teatanud põletikest ega infektsioonidest implantaadi piirkonnas, on see alati risk.

Kuid teerajajana visandab uuring kinniseotud inimeste jaoks uue alguse. See on kõrge tasu ja ülimalt suur vastutus: paljud patsiendid selles etapis võivad olla oma elu lõpus. Kui kindlad saame olla tehnoloogias, mis dekodeerib nende arvamusi ravi ja meditsiiniliste otsuste kohta? Mis juhtub, kui ajuimplantaat tõlgendab valesti mõtet, mis viitab nende hooldamisele? Ja millisel hetkel muutuvad need vaimu-masina sillad lähedaste jaoks valeks lootuseks haiguste puhul, mida ei ravita, kui aju aeglaselt hääbub?

Praegu pole tormiline patsient selle kõige pärast mures. Implantaadiga palus ta oma nelja-aastasel pojal Disney'si vaadata Robin Hoodvõi "nõid ja võlur" Amazonis. "Ma armastan oma lahedat poega," ütles ta mõistusega.

Image Credit: Wyssi keskus

Ajatempel: Märtsil 30, 2022