Implant mózgowy pozwala zamkniętemu człowiekowi tłumaczyć myśli na pisemne zdania

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

obrazy neurofeedbacku implantów mózgowych

ALS (stwardnienie zanikowe boczne) jest zabójczo okrutną chorobą. W miarę jak neurony kontrolujące ruch powoli obumierają, tracisz zdolność chodzenia, mówienia i oddychania. Twój umysł pozostaje bystry, ale jesteś całkowicie zamknięty w sobie, bez możliwości komunikowania się ze światem zewnętrznym.

Tego właśnie doświadczył 37-letni mężczyzna. Zdiagnozowany w wieku 30 lat, w ciągu zaledwie 4 miesięcy stracił zdolność mówienia i chodzenia. Po dwóch latach nie mógł już poruszać oczami – była to jego jedyna metoda komunikowania się z żoną i małym synkiem. Oddychał przez respirator i był całkowicie sparaliżowany, był uwięziony w swoim umyśle.

Zdeterminowany, by wyrwać się z fizycznego więzienia, mężczyzna się zgłosił wysoce eksperymentalna procedura. Chirurgicznie wszczepiono dwa układy mikroelektrod do obszarów mózgu kontrolujących ruch. Nieco ponad 100 dni po operacji i po intensywnym treningu pacjent był w stanie używać umysłu do wyrażania myśli pełnymi zdaniami.

Jego pierwsza prośba? Zmień pozycję jego ciała na bardziej komfortową. Jego następny? „Chciałbym posłuchać albumu pt Narzędzie [zespół] głośno”, a następnie „Teraz piwo”.

„Ludzie naprawdę wątpili, czy jest to w ogóle wykonalne” – dodał. powiedziany Doktor Mariska Vansteensel z Uniwersyteckiego Centrum Medycznego w Utrechcie, która nie brała udziału w badaniu, powiedziała: nauka.

Jeśli zostanie powielony, system obiecuje przywrócić komunikację setkom tysięcy ludzi, którzy są zamknięci w swoich umysłach z powodu ALS, udaru, raka lub urazowych uszkodzeń mózgu. Na razie metoda ta nie jest jeszcze gotowa do zastosowania klinicznego. Pomijając lata szkolenia, procedura jest w dużym stopniu dostosowana do każdej osoby, a jej koszt w ciągu pierwszych dwóch lat wynosi co najmniej 500,000 XNUMX dolarów.

Dziedzina ta jest również pogrążona w kontrowersjach, co dotyczy dwóch autorów badania uwikłany w skandal dotyczący niewłaściwego postępowania naukowego dla ich wcześniejsza praca nad zamkniętymi pacjentami. Jeśli chodzi o nowe prace, ekspertka od implantów mózgowych, dr Natalie Mrachacz-Kersting z Uniwersytetu we Fryburgu, która nie była zaangażowana, ale jest świadoma ich historii, powiedziała: „Powiedziałbym, że to solidne studium".

Pacjenta nie mogło to mniej obchodzić. „Najpierw chcę podziękować” – powiedział w myślach dr Niels Birbaumer, główny autor badania. Rok później „moim największym marzeniem jest nowe łóżko i żebym jutro poszedł z tobą na grilla” – powiedział rodzinie.

Długa droga tam

Operacja mózgu nie jest dla nikogo pierwszym wyborem.

Po postawieniu diagnozy mężczyzna opracował plan gry znany każdej rodzinie walczącej z ALS. Na jego środku znajdowało się urządzenie śledzące wzrok, którego mógł używać do wyrażania swoich myśli. Jednak w miarę jak mięśnie wokół jego oczu stopniowo zanikały, nie mógł już skupić wzroku, przez co tracker stał się bezużyteczny. Następnie rodzina opracowała własny system ołówka i papieru, dzięki któremu mogła śledzić proste myśli na podstawie ruchów jego oczu. To było elementarne: każdy zauważalny ruch oczu jest uważany za „tak”, w przeciwnym razie zakłada się „nie”.

Zdając sobie sprawę, że wkrótce może stracić całą kontrolę nad oczami, pacjent rozpoczął swoją podróż, aby komunikować się wyłącznie za pomocą sygnałów elektrycznych mózgu. Wraz z pojawieniem się coraz potężniejszego oprogramowania i biokompatybilnych implantów mózgowych, łączenie mózgu z komputerami— i omijanie uszkodzeń neuronów — eksploduje w niezwykle potężną, choć wciąż eksperymentalną, strategię walki z paraliżem.

Zaczynając od nieinwazyjnej konfiguracji, na powierzchni czaszki umieszczono mu elektrody, które rejestrowały szerokie wzorce elektryczne mózgu. Ponieważ czaszka rozprasza sygnały i wprowadza hałas, system zmierzył również sygnały elektryczne w oku jako osobne źródło danych. Opracowany przez autorzy badania Birbaumer i jego wieloletni współpracownik dr Ujwal Chaudhary, system działał na zasadzie binarnej „tak” lub „nie”.

W ciągu roku komunikacja znów się nie powiodła. Przewidując, że czeka go całkowite zamknięcie, mężczyzna – w porozumieniu z żoną i siostrą – całkowicie unikał oczu. Zamiast tego zdecydowali się na implanty mózgowe, które miały bezpośrednio wykorzystywać jego sygnały neuronowe.

Wciąż długa droga

W czerwcu 2018 roku, zaledwie trzy lata po postawieniu diagnozy, mężczyźnie wszczepiono do kory ruchowej dwie elektrody z mikromacierzą. Każdy implant zawierał 64 kanały umożliwiające nasłuchiwanie aktywności jego mózgu w celu dekodowania i komunikowania się ze światem zewnętrznym.

To nie jest nowy pomysł. Jedno badanie w 2016 r zastosował implanty mózgowe – łącznie 16 elektrod – u kobiety, aby kontrolować pisanie na klawiaturze poprzez wyobrażanie sobie ruchów jej dłoni. W przeciwieństwie do obecnej pacjentki nadal potrafiła mrugać oczami, co czyniło jej przypadek innym. „Naprawdę nie wiemy, czy komunikacja, nawet za pomocą sygnałów mózgowych, jest nadal możliwa, gdy zawiedzie cała kontrola mięśni” – stwierdzili autorzy badania.

Niemal natychmiast uderzyli w ścianę. Dzień po wszczepieniu implantu, gdy pacjent nadal mógł poruszać oczami, zespół poprosił go, aby podczas monitorowania sygnałów mózgowych polegał na wcześniejszej strategii rodziny polegającej na komunikowaniu się „tak” lub „nie”. Niestety sygnały były zdecydowanie za słabe. Poproszenie pacjenta, aby wyobraził sobie ruchy dłoni, języka lub stopy – wszystkie sztuczki z poprzedniej pracy – również nie wygenerowało sygnałów neuronowych zdolnych do rozszyfrowania jego intencji.

Prawie trzy frustrujące miesiące później zespół zmienił strategię. Wykorzystali metodę neurofeedbacku, która pozwala modyfikować sygnały mózgowe na podstawie informacji zwrotnej w czasie rzeczywistym na temat tego, czy mu się udało. Brzmi to jak medytacja akademicka spotykająca się z nową erą i jest nieco nietypowa jako paradygmat szkoleniowy. Ale neurofeedback jest testowany jako metoda samokontroli funkcji mózgu przy różnorodnych zaburzeniach, m.in. lękowych, Depresja, bezsenność, uzależnienia i inne, z różnym poziomem skuteczności.

W tym przypadku zespół wykorzystał słuchowe neurofeedback, aby lepiej zmierzyć reakcje neuronalne w pobliżu wszczepionych elektrod. Najpierw zagrali dźwięk i poprosili mężczyznę, aby spróbował manipulować tonem wyższym lub niższym. Pod maską impulsy neuronowe mężczyzny narastały szybciej lub wolniej, w zależności od wysokości tonu, zapewniając potężną podstawę.

implant mózgu — *Kredytowych Image: Chaudhary i in., Nature*

Strategia zadziałała. Pacjentowi udało się zmienić wysokość tonu już przy pierwszej próbie. W ciągu dwóch tygodni był w stanie dopasować ton do głosu, po prostu koncentrując się. Te wstępne testy pozwoliły zespołowi wybrać neurony o dużej wrażliwości i korzystając z danych, opracowali prostą strategię: trzymając wysoki lub niski ton, mógł najpierw wskazać „tak” lub „nie”, a następnie poszczególne litery .

Przed nami długa droga

Trening był ciężki. Każdego dnia sesji zespół zaczynał od 10 minut nagrań podstawowych, podczas gdy mężczyzna odpoczywał.

„W ten sposób możemy uruchomić nasz program, aby określić częstotliwość wyzwalania różnych poszczególnych kanałów”, aby sprawdzić, które z nich są optymalne dla neurofeedbacku – wyjaśnili autorzy. Ogólnie rzecz biorąc, mężczyzna spełnił 80 procent odpowiedzi, zanim kontynuował sesje ortograficzne. W ciągu pierwszych trzech dni był w stanie przeliterować imiona swoje, żony i syna.

Ale to wciąż wyczerpujące zadanie: nawet po miesiącach treningu potrafił komunikować się z szybkością około jednego znaku na minutę, czyli 131 znaków dziennie. I to tylko te zrozumiałe. Niestety nawet podczas treningu nie nastąpił wzrost prędkości.

Choć jest to żmudne, mężczyzna jest w stanie skontaktować się ze swoim zespołem opiekuńczym i rodziną. W jednej z wiadomości proszono o podniesienie głowy wyżej, gdy ma gości. Inny prosił, żeby nie nosić koszul, tylko skarpetki na noc.

„Zasugerował nawet, jak poprawić swoją pisownię, pisząc „włącz rozpoznawanie słów”” – stwierdzili autorzy około sześć miesięcy po wszczepieniu implantu. Po roku powiedział zespołowi: „Chłopcy, to działa bez wysiłku” i poprosił żonę o miłą kolację złożoną z „zupy gulaszowej i zupy ze słodkiego groszku” do jego rurki do karmienia.

Czas, tragicznie, nie działał na jego korzyść. W ciągu trzech lat od wszczepienia implantu komunikacja uległa spowolnieniu i stawała się coraz bardziej pełna błędów, aż do całkowitego niezrozumienia.

Dlaczego tak się stało, pozostaje tajemnicą, ale eksperci uważają, że jest to prawdopodobnie spowodowane tworzeniem się blizn wokół elektrod, które tłumią sygnały mózgowe. Chociaż autorzy nie zgłosili żadnych stanów zapalnych ani infekcji w okolicy implantu, zawsze jest to ryzyko.

Badanie to stanowi jednak pionierstwo i rysuje nowy początek dla osób zamkniętych w ośrodku. To wysoka nagroda wiążąca się z niezwykle dużą odpowiedzialnością: wielu pacjentów na tym etapie może być u kresu życia. Jak pewni możemy być w technologii, która dekoduje ich opinie na temat leczenia i decyzji medycznych? Co się stanie, jeśli implant mózgowy błędnie zinterpretuje myśl związaną z opieką nad nimi? A w przypadku chorób, na które nie ma lekarstwa, w którym momencie mosty między umysłem a maszyną stają się fałszywą nadzieją dla bliskich, gdy mózg powoli zanika?

Na razie odważnego pacjenta to wszystko nie interesuje. Dzięki implantowi poprosił swojego czteroletniego syna, aby obejrzał filmy Disneya Robin Hoodlub „czarownica i czarodziej” na Amazon. „Kocham mojego fajnego syna” – powiedział swoim mózgiem.

Kredytowych Image: Centrum Wyssa

Znak czasu: 30 marca 2022 r.