Aivoimplantti mahdollistaa lukitun miehen kääntää ajatukset kirjoitetuiksi lauseiksi

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

ALS (amyotrofinen lateraaliskleroosi) on tuhoisan julma. Kun liikettä ohjaavat neuronit kuolevat hitaasti pois, menetät kyvyn kävellä, puhua ja hengittää. Mielesi pysyy terävänä, mutta olet täysin lukittu, etkä voi kommunikoida ulkomaailman kanssa.

Näin koki 37-vuotias mies. Diagnoosi diagnosoitiin 30-vuotiaana, ja hän menetti puhe- ja kävelykykynsä vain neljässä kuukaudessa. Kahdessa vuodessa hän ei voinut enää liikuttaa silmiään – ainoa tapa kommunikoida vaimonsa ja nuoren poikansa kanssa. Hän hengitti hengityslaitteen läpi ja oli täysin halvaantunut, ja hän jäi loukkuun mieleensä.

Mies päätti päästä eroon fyysisestä vankilastaan ja ilmoittautui mukaan erittäin kokeellinen menetelmä. Kaksi mikroelektrodiryhmää istutettiin kirurgisesti aivojen alueille, jotka ohjaavat liikettä. Hieman yli 100 päivää leikkauksen jälkeen ja laajan harjoittelun jälkeen potilas pystyi käyttämään mieltään täsmentämään ajatuksensa kokonaisina lauseina.

Hänen ensimmäinen pyyntönsä? Muuta hänen kehon asentoa mukavammaksi. Hänen seuraava? "Haluaisin kuunnella albumin Työkalu [bändi] kovaa”, sitten "Nyt olutta."

"Ihmiset ovat todella epäilleet, onko tämä edes mahdollista" sanoi Tri Mariska Vansteensel Utrechtin yliopistollisesta lääketieteellisestä keskuksesta, joka ei ollut mukana tutkimuksessa, tiede.

Jos järjestelmä toistetaan, se lupaa palauttaa viestinnän sadoille tuhansille ihmisille, jotka ovat lukittuneet mieleensä, olipa kyseessä sitten ALS, aivohalvaus, syöpä tai traumaattiset aivovammat. Toistaiseksi menetelmä on vielä kaukana valmiista kliiniseen käyttöön. Vuosien koulutusta lukuun ottamatta menettely on erittäin räätälöity jokaiselle henkilölle, ja se maksaa vähintään 500,000 XNUMX dollaria kahden ensimmäisen vuoden aikana.

Ala on myös kiistanalainen kahden tutkimuksen kirjoittajan kanssa sekaantunut tieteelliseen väärinkäyttöskandaaliin niiden aiempaa työtä lukittujen potilaiden parissa. Mitä tulee uuteen työhön, aivoimplanttiasiantuntija tohtori Natalie Mrachacz-Kersting Freiburgin yliopistosta, joka ei ollut mukana, mutta on tietoinen heidän historiastaan, sanoi:Sanoisin, että se on vankka tutkimus"

Potilas ei voisi vähempää välittää. "Ensin haluan kiittää", tri Niels Birbaumer, tutkimuksen johtava kirjoittaja, sanoi mielellään. Vuotta myöhemmin "suurin toiveeni on uusi sänky ja että huomenna tulisin kanssanne grillaamaan", hän kertoi perheelleen.

Pitkä tie sinne

Aivoleikkaus ei ole kenenkään ensimmäinen valinta.

Diagnoosin jälkeen mies kartoitti pelisuunnitelman, joka oli tuttu kaikille ALS:ää taisteleville perheille. Sen keskellä oli katseenseurantalaite, jolla hän pystyi ilmaisemaan ajatuksensa. Mutta kun hänen silmiensä ympärillä olevat lihakset pettyivät vähitellen, hän ei voinut enää kiinnittää katsettaan, mikä teki jäljittäjästä hyödyttömän. Myöhemmin perhe kehitti oman kynä-paperijärjestelmän, jotta he voisivat seurata yksinkertaisia ajatuksia hänen silmäliikkeidensä perusteella. Se oli alkeellista: mitä tahansa havaittavaa silmän liikettä pidetään "kyllä", muuten he olettavat "ei".

Potilas ymmärsi, että hän saattaa pian menettää katseensa kokonaan, ja aloitti matkansa kommunikoidakseen aivojensa sähköisten signaalien kautta. Yhä tehokkaampien ohjelmistojen ja bioyhteensopivien aivoimplanttien lisääntyessä aivojen yhdistäminen tietokoneisiin– ja hermovaurioiden ohittaminen – on räjähtämässä laajalti tehokkaaksi, joskin vielä kokeelliseksi strategiaksi halvaantumisen torjumiseksi.

Alkaen ei-invasiivisesta asennuksesta, hän varustettiin elektrodeilla hänen kallonsa pintaan vangitsemaan hänen aivojensa laajat sähköiset kuviot. Koska kallo hajottaa signaaleja ja tuo sisään kohinaa, järjestelmä mittasi myös sähköisiä signaaleja silmän poikki erillisenä tietolähteenä. kehittämä tutkimuksen kirjoittajien Birbaumer ja hänen pitkäaikainen yhteistyökumppaninsa tohtori Ujwal Chaudhary, järjestelmä työskenteli binaarisen "kyllä" tai "ei".

Vuoden sisällä viestintä epäonnistui jälleen. Ennakoi kohtaloaan täydelliseen sulkeutumiseensa, mies – vaimonsa ja sisarensa kanssa – vältti katseensa kokonaan. Sen sijaan he valitsivat aivoimplanttien ottamaan suoraan yhteyttä hänen hermosignaaleihinsa.

Pitkä tie silti

Kesäkuussa 2018, vain kolme vuotta diagnoosinsa jälkeen, miehelle istutettiin kaksi mikrosiruelektrodia hänen motoriseen aivokuoreen. Jokainen implantti sisälsi 64 kanavaa kuunnellakseen hänen aivojensa toimintaa keinona purkaa ja kommunikoida ulkomaailman kanssa.

Se ei ole uusi idea. Yksi tutkimus vuonna 2016 käytti naisen aivoimplantteja – yhteensä 16 elektrodia – ohjatakseen kirjoittamista kuvittelemalla käden liikkeitä. Toisin kuin nykyinen potilas, hän pystyi edelleen räpyttämään silmiään, mikä teki hänen tapauksestaan erilaisen. "Emme todellakaan tiedä, onko viestintä, jopa aivosignaalien kautta, edelleen mahdollista, kun kaikki lihasten hallinta epäonnistuu", tutkimuksen tekijät sanoivat.

Melkein välittömästi he törmäsivät seinään. Päivä implantin jälkeen, kun potilas pystyi vielä liikuttamaan silmiään, tiimi pyysi häntä luottamaan perheen aiempaan strategiaan, jossa hän kommunikoi "kyllä" tai "ei" aivosignaaleja tarkkaillessa. Valitettavasti signaalit olivat aivan liian heikot. Potilaan pyytäminen kuvittelemaan käden, kielen tai jalkojen liikkeitä - kaikki temppuja aikaisemmasta työstä - ei myöskään pystynyt luomaan hermosignaaleja, jotka kykenisivät dekoodaamaan hänen aikomuksensa.

Melkein kolme turhauttavaa kuukautta myöhemmin joukkue muutti strategiaansa. He hyödynsivät neurofeedbackia, menetelmää, jonka avulla joku voi muokata aivosignaalejaan reaaliaikaisella palautteella siitä, ovatko he onnistuneet. Se kuulostaa akateemisen tapaa uuden aikakauden meditaatiolta, ja se on hieman epätavallinen harjoitusparadigma. Mutta neurofeedback testataan aivojen toimintojen itsehallinnan menetelmänä erilaisissa häiriöissä, mukaan lukien ahdistuneisuus, Masennus, unettomuus, riippuvuus ja muut, vaihtelevalla menestyksellä.

Tässä ryhmä käytti kuulohermopalautetta tapana mitata paremmin hermovasteita implantoitujen elektrodien lähellä. He soittivat ensin sävelen ja pyysivät miestä yrittämään manipuloida ääntä joko korkeammalla tai matalammalla. Konepellin alla miehen hermolaukaukset nousivat nopeammin tai hitaammin sävelkorkeuden mukaan, mikä tarjosi voimakkaan lähtötilan.

aivoimplantti — *Kuva pistetilanne: Chaudhary et ai, Nature*

Strategia toimi. Potilas pystyi siirtämään sävyn korkeutta ensimmäisellä yrityksellään. Kahden viikon sisällä hän pystyi vastaamaan sävyyn vain keskittymällä. Nämä alustavat testit antoivat tiimille mahdollisuuden poimia erittäin herkästi reagoivia hermosoluja, ja käyttämällä tietoja he kehittivät yksinkertaisen strategian: pitämällä äänen korkealla tai matalalla hän saattoi ilmoittaa ensin "kyllä" tai "ei" ja sen jälkeen yksittäisiä kirjaimia. .

Pitkä tie edessä

Harjoittelu oli kovaa. Jokaisena istuntopäivänä tiimi aloitti 10 minuutin perustallenteilla, kun mies lepäsi.

"Näin voimme käyttää ohjelmistoamme määrittääksemme eri kanavien laukaisunopeuden" nähdäksemme, mitkä niistä ovat optimaalisia neurofeedbackille, kirjoittajat selittivät. Kaiken kaikkiaan mies vastasi 80 prosenttia palautteesta ennen kuin he jatkoivat oikeinkirjoitusistuntoja. Kolmen ensimmäisen päivän aikana hän pystyi kirjoittamaan omat, vaimonsa ja poikansa nimet.

Mutta se on silti uuvuttava tehtävä: jopa kuukausien harjoittelulla hän pystyi kommunikoimaan noin yhdellä hahmolla minuutissa tai 131 merkkiä päivässä. Ja ne ovat vain ymmärrettäviä. Valitettavasti vauhti ei noussut edes harjoittelemalla.

Vaikka se onkin vaivalloinen, mies pystyy tavoittamaan hoitotiiminsä ja perheensä. Yhdessä viestissä pyydettiin nostamaan päätään korkeammalle, kun hänellä oli vieraita. Toinen pyysi ei paitoja, mutta sukkia yöksi.

"Hän jopa antoi ehdotuksia oikolukunsa parantamiseksi kirjoittamalla "käännä sanantunnistus päälle", kirjoittajat sanoivat noin kuusi kuukautta implantin jälkeen. Vuoden sisällä hän sanoi tiimille "Pojat, se toimii niin vaivattomasti" ja pyysi vaimoltaan mukavaa illallista "Guljassikeittoa ja makeaa hernekeittoa" syöttöputkessaan.

Aika ei valitettavasti ollut hänen puolellaan. Implantaatiosta kuluneiden kolmen vuoden aikana viestintä hidastui ja muuttui yhä täynnä virheitä täydelliseen käsittämättömyyteen asti.

Miksi näin tapahtui, on edelleen mysteeri, mutta asiantuntijat uskovat, että se johtuu todennäköisesti elektrodien ympärille muodostuvasta arpikudoksesta, joka vaimentaa aivojen signaaleja. Vaikka kirjoittajat eivät raportoineet tulehduksista tai infektioista implantin alueella, se on aina riski.

Mutta edelläkävijänä tutkimus hahmottelee uuden alun ihmisille, jotka ovat lukittuina. Se on suuri palkkio erittäin suurella vastuulla: monet potilaat voivat tässä vaiheessa olla elämänsä lopussa. Kuinka luottavaisia voimme olla teknologiaan, joka purkaa heidän mielipiteensä hoidosta ja lääketieteellisistä päätöksistä? Mitä tapahtuu, jos aivoimplantti ymmärtää väärin ajatuksen, joka liittyy heidän hoitoonsa? Ja sairauksien, joihin ei ole parannettavaa, missä vaiheessa näistä mielen ja koneen välisistä silloista tulee rakkaiden valheellinen toivo, kun aivot hiipuvat hitaasti?

Toistaiseksi pirteä potilas ei ole huolissaan kaikesta. Implantin kanssa hän pyysi nelivuotiasta poikaansa katsomaan Disneyn Robin Hood, tai "nota ja velho" Amazonissa. "Rakastan siistiä poikaani", hän sanoi aivoineen.

Kuva pistetilanne: Wyss -keskus

Aikaleima: Maaliskuussa 30, 2022