뇌 이식을 통해 갇힌 사람이 생각을 서면 문장으로 번역할 수 있음

플라톤에 의해 재발행

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ALS(근위축성 측삭 경화증)는 끔찍할 정도로 잔인합니다. 움직임을 제어하는 뉴런이 서서히 사멸함에 따라 걷고, 말하고, 숨쉬는 능력을 잃게 됩니다. 당신의 정신은 여전히 날카롭지만, 당신은 외부 세계와 소통할 수 있는 어떤 방법도 없이 완전히 갇혀 있습니다.

37세 남성이 겪은 일입니다. 30세에 진단을 받은 그는 단 4개월 만에 말하고 걷는 능력을 잃었습니다. XNUMX년이 지나자 그는 더 이상 눈을 움직일 수 없게 되었습니다. 아내와 어린 아들과 소통할 수 있는 유일한 방법이었습니다. 인공호흡기를 통해 숨을 쉬며 완전히 마비된 그는 마음 속에 갇혀 있었다.

그 사람은 자신의 육체적 감옥에서 탈출하기로 결심하고 고도로 실험적인 절차. 두 개의 미세 전극 배열이 수술을 통해 움직임을 제어하는 뇌 영역에 이식되었습니다. 수술 후 100일이 조금 넘게 지나고 광범위한 훈련을 거친 후, 환자는 마음을 사용하여 자신의 생각을 완전한 문장으로 표현할 수 있었습니다.

그의 첫 번째 요청? 몸의 자세를 좀 더 편안하게 바꾸십시오. 그의 다음은? “다음 앨범을 듣고 싶어요. 수단 [밴드] 시끄러워요.” 그런 다음 “이제 맥주예요.”

"사람들은 이것이 과연 실현 가능한지 정말로 의심해 왔습니다." 말했다 연구에 참여하지 않은 University Medical Center Utrecht의 Mariska Vansteensel 박사는 다음과 같이 말했습니다. 과학.

이 시스템이 복제되면 ALS, 뇌졸중, 암 또는 외상성 뇌 손상으로 인해 마음속에 갇혀 있는 수십만 명의 사람들과 다시 의사소통을 할 수 있게 될 것입니다. 현재 이 방법은 아직 임상적으로 사용할 준비가 되어 있지 않습니다. 수년간의 교육을 제외하고 이 절차는 각 사람에게 고도로 맞춤화되어 있으며 처음 500,000년 동안 최소 $XNUMX의 막대한 비용이 청구됩니다.

이 분야는 또한 연구의 저자 중 두 명과 함께 논란에 휩싸여 있습니다. 과학적 부정행위 스캔들에 연루됐다. 자신에 대한 갇힌 환자에 대한 과거 연구. 새로운 연구에 대해 뇌 이식 전문가인 프라이부르크 대학의 나탈리 므라차츠-커스팅(Natalie Mrachacz-Kersting) 박사는 이 연구에 참여하지는 않았지만 그 역사를 알고 있다고 말했습니다.탄탄한 공부라고 할 수 있어요. "

환자는 덜 신경 쓸 수 없었습니다. 연구의 주 저자인 닐스 비르바우머(Niels Birbaumer) 박사는 “먼저 감사하다는 말을 전하고 싶습니다.”라고 진심으로 말했습니다. XNUMX년 후, 그는 가족에게 “나의 가장 큰 소원은 새 침대를 갖고 내일 너와 함께 바베큐하러 가는 것”이라고 말했다.

그곳의 긴 길

뇌 수술은 누구의 첫 번째 선택이 아닙니다.

진단을 받은 후, 그 남자는 ALS와 싸우는 모든 가족에게 친숙한 게임 계획을 세웠습니다. 그 중앙에는 그가 자신의 생각을 설명하는 데 사용할 수 있는 시선 추적 장치가 있었습니다. 그러나 눈 주변 근육이 점차 약해지면서 더 이상 시선을 고정할 수 없어 추적기가 쓸모 없게 됐다. 그 후 가족은 그의 눈 움직임을 기반으로 간단한 생각을 추적할 수 있도록 펜과 종이 시스템을 자체적으로 개발했습니다. 그것은 초보적인 것이었습니다. 관찰 가능한 눈 움직임은 모두 "예"로 간주되고, 그렇지 않으면 "아니요"라고 가정합니다.

곧 눈의 통제력을 완전히 잃을 수도 있다는 것을 깨달은 환자는 뇌의 전기 신호만을 통해 의사소통하기 위한 여정을 시작했습니다. 점점 더 강력한 소프트웨어와 생체 적합성 뇌 임플란트의 등장으로 뇌를 컴퓨터에 연결하다그리고 신경 손상을 우회하는 것은 아직 실험적이긴 하지만 마비와 싸우기 위한 매우 강력한 전략으로 폭발적으로 발전하고 있습니다.

비침습적 설정부터 시작하여 그는 뇌의 광범위한 전기 패턴을 포착하기 위해 두개골 표면에 전극을 장착했습니다. 두개골은 신호를 산란시키고 소음을 발생시키기 때문에 시스템은 별도의 데이터 소스로 눈 전체의 전기 신호도 측정했습니다. 에 의해 개발 연구 저자인 Birbaumer와 그의 오랜 협력자인 Ujwal Chaudhary 박사에 따르면, 시스템은 "예" 또는 "아니오"라는 이진법을 사용했습니다.

XNUMX년 안에 또 다시 통신이 두절되었습니다. 완전히 갇혀버릴 자신의 운명을 예상한 그 남자는 아내와 여동생과 동의하여 아예 눈을 피했습니다. 대신 그들은 그의 신경 신호를 직접 활용하기 위해 뇌 임플란트를 선택했습니다.

여전히 긴 길

진단을 받은 지 불과 2018년 만인 64년 XNUMX월, 이 남성은 두 개의 마이크로어레이 전극을 운동 피질에 이식했습니다. 각 임플란트에는 해독하고 외부 세계와 통신하는 방법으로 뇌의 활동을 들을 수 있는 XNUMX개의 채널이 포함되어 있습니다.

새로운 아이디어는 아닙니다. 2016년 한 연구 여성의 손에 있는 움직임을 상상하여 타이핑을 제어하기 위해 뇌 임플란트(총 16개 전극)를 사용했습니다. 현재 환자와 달리 그녀는 여전히 눈을 깜박일 수 있다는 점에서 케이스가 달라졌다. 연구 저자들은 “모든 근육 조절이 실패하면 뇌 신호를 통해서도 의사소통이 여전히 가능한지 알 수 없습니다.”라고 말했습니다.

거의 즉시 그들은 벽에 부딪혔다. 이식 후 하루가 지났지만 환자가 여전히 눈을 움직일 수 있는 동안 팀은 뇌 신호를 모니터링하면서 가족이 이전에 "예" 또는 "아니요"라고 의사소통하는 전략에 의존하도록 요청했습니다. 불행히도 신호가 너무 약했습니다. 환자에게 손, 혀, 발의 움직임을 상상해 보라고 요청한 것(모두 이전 작업의 트릭)도 환자의 의도를 해독할 수 있는 신경 신호를 생성하지 못했습니다.

거의 XNUMX개월이 지나서 팀은 전략을 변경했습니다. 그들은 성공 여부에 대한 실시간 피드백을 통해 누군가 자신의 뇌 신호를 수정할 수 있는 방법인 뉴로피드백을 활용했습니다. 그것은 학문과 새로운 시대의 명상이 만나는 것처럼 들리며, 훈련 패러다임으로서는 다소 이례적입니다. 하지만 뉴로피드백은 테스트 중입니다 불안을 포함한 다양한 장애에 대한 뇌 기능의 자기 조절 방법으로, 우울증 완화, 불면증, 중독 등 다양한 수준의 성공을 거두었습니다.

여기서 팀은 이식된 전극 근처의 신경 반응을 더 잘 측정하기 위한 방법으로 청각 뉴로피드백을 사용했습니다. 그들은 먼저 음을 연주한 다음 그 사람에게 음조를 높이거나 낮추어 조작해 보라고 요청했습니다. 후드 아래에서 남자의 신경 발사는 피치에 따라 더 빠르거나 느리게 급증하여 강력한 기준을 제공했습니다.

뇌 임플란트 — *이미지 신용 : Chaudhary et al, Nature*

전략은 효과가 있었습니다. 환자는 첫 번째 시도에서 음조를 움직일 수 있었습니다. XNUMX주 안에 그는 집중하는 것만으로도 톤을 맞출 수 있었다. 이러한 초기 테스트를 통해 팀은 반응성이 높은 뉴런을 선택할 수 있었고 데이터를 사용하여 간단한 전략을 고안했습니다. 톤을 높이거나 낮게 유지하여 처음에는 "예" 또는 "아니요"를 표시하고 이후에는 개별 문자를 표시할 수 있습니다. .

머나먼 길

훈련은 힘들었습니다. 각 세션일마다 팀은 남자가 쉬는 동안 10분간의 기본 녹음을 시작했습니다.

저자는 “소프트웨어 프로그램을 실행하여 다양한 개별 채널의 발사 속도를 결정하는 방법”이라고 저자는 설명했습니다. 전체적으로 그 남자는 철자법 세션을 계속하기 전에 피드백의 80%를 일치시켰습니다. 처음 XNUMX일 안에 그는 자신과 아내, 아들의 이름을 철자할 수 있었습니다.

하지만 여전히 힘든 작업입니다. 몇 달 간의 훈련에도 불구하고 그는 분당 약 한 글자, 하루에 약 131자 정도의 속도로 의사소통을 할 수 있었습니다. 그리고 그것은 단지 이해 가능한 것들입니다. 아쉽게도 훈련을 해도 속도가 향상되지 않았습니다.

하지만 그 남자는 힘들기는 하지만 자신의 간호 팀과 가족에게 다가갈 수 있습니다. 방문객이 오면 머리를 더 높이 들어달라고 요청하는 메시지도 있었습니다. 또 다른 사람은 셔츠는 입지 말고 밤에는 양말만 신으라고 요청했습니다.

"그는 심지어 'turn on word recognition'이라는 철자를 써서 철자 능력을 향상시키라는 제안까지 했습니다."라고 저자는 이식 후 약 XNUMX개월 후에 말했습니다. XNUMX년 안에 그는 팀에게 "얘들아, 정말 쉽게 잘 된다"고 말했고, 그의 아내에게 먹이 튜브에 담긴 "굴라시 수프와 완두콩 수프"로 구성된 맛있는 저녁 식사를 부탁했습니다.

안타깝게도 시간은 그의 편이 아니었습니다. 이식 후 XNUMX년이 지나면서 의사소통 속도가 느려지고 오류가 점점 더 많아져서 완전히 이해할 수 없게 되었습니다.

왜 이런 일이 일어났는지는 미스터리로 남아 있지만 전문가들은 전극 주위에 흉터 조직이 형성되어 뇌의 신호를 약화시키기 때문일 가능성이 있다고 믿고 있습니다. 비록 저자들이 임플란트 부위에 어떠한 염증이나 감염도 보고하지 않았지만, 이는 항상 위험합니다.

그러나 선구자로서 이 연구는 갇혀 있는 사람들을 위한 새로운 시작을 제시합니다. 이는 매우 높은 책임과 함께 높은 보상입니다. 이 단계에 있는 많은 환자들은 삶의 마지막 단계에 있을 수 있습니다. 치료 및 의학적 결정에 대한 의견을 해독하는 기술에 대해 얼마나 확신할 수 있습니까? 뇌 임플란트가 치료와 관련된 생각을 잘못 해석하면 어떻게 되나요? 그리고 치료법이 없는 질병의 경우 뇌가 서서히 사라지면서 어느 시점에서 이러한 정신-기계 다리가 사랑하는 사람들에게 거짓 희망이 되는가?

현재로서는 그 용감한 환자는 그 모든 것에 관심을 두지 않습니다. 임플란트를 한 그는 네 살 난 아들에게 디즈니 영화를 보도록 부탁했습니다. 로빈 후드, 또는 Amazon의 "마녀와 마법사". “나는 내 멋진 아들을 사랑한다”고 그는 두뇌로 말했다.

이미지 신용 : 비스 센터

타임 스탬프 : 2022 년 3 월 30 일