Мозговой имплантат позволяет запертому человеку переводить мысли в письменные предложения

Переиздано Платоном

Читают: 0

мозговой имплантат нейронная обратная связь иллюстраций

БАС (боковой амиотрофический склероз) разрушительно жесток. По мере того как нейроны, контролирующие движение, постепенно отмирают, вы теряете способность ходить, говорить и дышать. Ваш разум остается острым, но вы полностью заперты, без какой-либо возможности общаться с внешним миром.

Вот что испытал 37-летний мужчина. Диагноз поставили в 30 лет, всего за 4 месяца он потерял способность говорить и ходить. Через два года он уже не мог двигать глазами — его единственный способ общения с женой и маленьким сыном. Дыша через аппарат искусственной вентиляции легких и полностью парализованный, он оказался в ловушке своего разума.

Решив вырваться из своей физической тюрьмы, мужчина подписался на очень экспериментальная процедура. Два массива микроэлектродов были хирургическим путем имплантированы в области мозга, контролирующие движения. Чуть более чем через 100 дней после операции и после обширных тренировок пациент смог использовать свой разум, чтобы излагать свои мысли полными предложениями.

Его первая просьба? Измените положение его тела, чтобы ему было удобнее. Его следующий? «Хотелось бы послушать альбом Инструмент [группа] громко», затем «А теперь пиво».

«Люди действительно сомневались, возможно ли это вообще», — сказал Доктор Мариска Ванстенсел из Медицинского центра Университета Утрехта, не участвовавшая в исследовании, обратилась к Наука.

Если система будет воспроизведена, она обещает вернуть связь сотням тысяч людей, запертых в своем сознании из-за БАС, инсульта, рака или черепно-мозговых травм. На данный момент метод еще далек от готовности к клиническому применению. Если не считать годы обучения, процедура строго адаптирована для каждого человека, и за первые два года взимается внушительный счет в размере не менее 500,000 XNUMX долларов.

Эта область также погрязла в спорах с двумя авторами исследования. втянут в скандал с научной неправомерностью для их прошлые работы с запертыми пациентами. Что касается новой работы, эксперт по мозговым имплантатам доктор Натали Мрачач-Керстинг из Фрайбургского университета, которая не участвовала, но знает об их истории, сказала: «Я бы сказал, что это серьезное исследование".

Пациенту было все равно. «Во-первых, я хочу поблагодарить» доктора Нильса Бирбаумера, ведущего автора исследования, сказал он мысленно. Год спустя «моё самое большое желание — это новая кровать и то, что завтра я пойду с вами на шашлыки», — сказал он своей семье.

Долгая дорога туда

Операция на головном мозге не является первым выбором.

После постановки диагноза мужчина наметил план действий, знакомый любой семье, борющейся с БАС. В его центре было устройство слежения за взглядом, которое он мог использовать, чтобы излагать свои мысли. Но по мере того, как мышцы вокруг его глаз постепенно отказывали, он больше не мог фиксировать взгляд, что делало трекер бесполезным. Впоследствии семья разработала собственную систему с ручкой и бумагой, чтобы они могли отслеживать простые мысли, основываясь на движениях его глаз. Это было элементарно: любое наблюдаемое движение глаз считается «да», в противном случае предполагается «нет».

Понимая, что вскоре он может полностью потерять контроль над зрением, пациент начал свое путешествие, чтобы общаться только с помощью электрических сигналов своего мозга. С появлением все более мощного программного обеспечения и биосовместимых мозговых имплантатов подключение мозга к компьютерам— и обход нервных повреждений — превращается в широко мощную, хотя и экспериментальную стратегию борьбы с параличом.

Начав с неинвазивной установки, ему установили электроды на поверхность черепа, чтобы зафиксировать общие электрические схемы его мозга. Поскольку череп рассеивает сигналы и вносит шум, система также измеряла электрические сигналы через глаз как отдельный источник данных. Разработанная Авторы исследования Бирбаумер и его давний соавтор доктор Уджвал Чаудхари, система работала на двоичном «да» или «нет».

В течение года связь снова не удалась. Предвидя свою участь в полной замкнутости, мужчина, по договоренности с женой и сестрой, вообще отказался от глаз. Вместо этого они выбрали мозговые имплантаты, чтобы напрямую подключаться к его нервным сигналам.

Долгая дорога еще

В июне 2018 года, всего через три года после постановки диагноза, мужчине имплантировали два микрочиповых электрода в моторную кору головного мозга. Каждый имплантат содержал 64 канала для прослушивания активности его мозга как способа декодирования и связи с внешним миром.

Это не новая идея. Одно исследование в 2016 г. использовали мозговые имплантаты — всего 16 электродов — у женщины, чтобы контролировать набор текста, воображая движения ее руки. В отличие от нынешнего пациента, она все еще могла моргать глазами, что отличало ее случай. «Мы действительно не знаем, возможна ли коммуникация, даже с помощью сигналов мозга, когда все мышцы перестают работать», — говорят авторы исследования.

Почти сразу они врезались в стену. На следующий день после имплантации, когда пациент все еще мог двигать глазами, команда попросила его полагаться на предыдущую семейную стратегию общения «да» или «нет», отслеживая сигналы его мозга. К сожалению, сигналы были слишком слабыми. Просьбы пациента представить движения рук, языка или ног — все трюки из предыдущей работы — также не генерировали нейронные сигналы, способные расшифровать его намерения.

Спустя почти три разочаровывающих месяца команда изменила свою стратегию. Они подключились к нейробиоуправлению, методу, который позволяет кому-то модифицировать сигналы своего мозга с обратной связью в реальном времени о том, добились ли они успеха. Звучит как медитация академического и нового века, и это немного необычно для тренировочной парадигмы. Но нейробиоуправление проходит испытания как метод самоконтроля функций головного мозга при различных расстройствах, в том числе тревожных, депрессии, бессонница, наркомания и другие, с разной степенью успеха.

Здесь команда использовала слуховую нейробиоуправление как способ лучше измерить нейронные реакции вблизи имплантированных электродов. Сначала они сыграли тон и попросили человека попытаться манипулировать тоном выше или ниже по высоте. Под капюшоном нейронные импульсы мужчины ускорялись или замедлялись в зависимости от высоты тона, обеспечивая мощную базовую линию.

мозговой имплантат — *Изображение Фото: Чаудхари и др., Природа*

Стратегия сработала. Пациент смог изменить высоту тона с первой попытки. В течение двух недель он мог соответствовать тону, просто концентрируясь. Эти первоначальные тесты позволили команде выбрать высокочувствительные нейроны, и, используя данные, они разработали простую стратегию: удерживая высокий или низкий тон, он мог сначала указать «да» или «нет», а затем отдельные буквы. .

Впереди долгая дорога

Обучение было тяжелым. Каждый день сеанса команда начинала с 10-минутной записи исходного уровня, пока мужчина отдыхал.

«Это то, как мы можем запустить нашу программу, чтобы определить частоту срабатывания различных отдельных каналов», чтобы увидеть, какие из них оптимальны для нейробиоуправления, объяснили авторы. В целом, мужчина ответил на 80 процентов отзывов, прежде чем они перешли к занятиям по правописанию. В течение первых трех дней он смог произнести по буквам свое собственное имя, имя жены и имя сына.

Но это все еще изнурительная задача: даже после нескольких месяцев обучения он мог общаться со скоростью примерно один символ в минуту или 131 символ в день. И это только понятные. К сожалению, даже с тренировкой не было прибавки в скорости.

Несмотря на кропотливую работу, мужчина может связаться со своей командой по уходу и своей семьей. В одном сообщении его просили поднять голову повыше, когда к нему приходят посетители. Другой попросил не рубашки, а носки на ночь.

«Он даже предложил улучшить свои навыки правописания, написав «включить распознавание слов», — рассказали авторы примерно через шесть месяцев после имплантации. Через год он сказал команде: «Ребята, это работает так легко» и попросил свою жену приготовить вкусный ужин из «супа-гуляша и супа из сладкого горошка» через зонд для кормления.

Время, к сожалению, было не на его стороне. За три года, прошедшие после его имплантации, общение замедлилось и стало все более и более пронизанным ошибками, вплоть до полной непонятности.

Почему это произошло, остается загадкой, но эксперты полагают, что это, вероятно, связано с образованием рубцовой ткани вокруг электродов, которые ослабляют сигналы мозга. Хотя авторы не сообщали о каких-либо воспалениях или инфекциях в области имплантата, это всегда риск.

Но в качестве первопроходца исследование намечает новое начало для людей, которые оказались запертыми. Это высокая награда с чрезвычайно высокой ответственностью: многие пациенты на этом этапе могут быть в конце своей жизни. Насколько мы можем быть уверены в технологии, которая расшифровывает их мнение о лечении и медицинских решениях? Что произойдет, если мозговой имплантат неправильно истолкует мысль, связанную с его заботой? А для неизлечимых болезней, в какой момент эти мосты разум-машина становятся ложной надеждой для близких, когда мозг медленно угасает?

На данный момент мужественного пациента все это не волнует. С имплантом он попросил своего четырехлетнего сына посмотреть мультфильм Диснея. Робин Гудили «ведьма и волшебник» на Amazon. «Я люблю своего классного сына», — сказал он своим мозгом.

Изображение Фото: Висс Центр

Отметка времени: 30 марта 2022