Мозковий імплантат дозволяє замкнутій людині переводити думки в письмові речення

Перевидано Платоном

читають: 0

нейрозворотні зображення імплантату мозку

БАС (бічний аміотрофічний склероз) є надзвичайно жорстоким. Оскільки нейрони, які контролюють рух, повільно відмирають, ви втрачаєте здатність ходити, говорити та дихати. Ваш розум залишається гострим, але ви повністю замкнуті в собі, не маючи можливості спілкуватися із зовнішнім світом.

Ось що пережив 37-річний чоловік. Діагноз йому поставили у 30, лише за 4 місяці він втратив здатність говорити та ходити. За два роки він уже не міг рухати очима — його єдиний спосіб спілкування з дружиною та маленьким сином. Дихаючи через апарат штучної вентиляції легенів і повністю паралізований, він опинився в пастці свого розуму.

Сповнений рішучості вирватися зі своєї фізичної в’язниці, чоловік підписався дуже експериментальна процедура. Дві матриці мікроелектродів були хірургічно імплантовані в області мозку, які контролюють рух. Трохи більше ніж через 100 днів після операції та після інтенсивних тренувань пацієнт зміг використовувати свій розум, щоб викладати свої думки повними реченнями.

Його перше прохання? Змініть положення тіла, щоб було зручніше. Його наступний? «Я хотів би послухати альбом автора Інструмент [гурт] голосно», потім «А тепер пиво».

«Люди дійсно сумнівалися, чи це взагалі можливо», сказав Доктор Марішка Ванстінсел з Університетського медичного центру Утрехта, яка не брала участі в дослідженні, до наука.

Якщо цю систему відтворити, вона обіцяє повернути комунікацію сотням тисяч людей, які замкнені у своїй свідомості, будь то через БАС, інсульт, рак або черепно-мозкові травми. Наразі метод ще далекий від готовності до клінічного застосування. Не дивлячись на роки навчання, процедура дуже адаптована до кожної людини, із чималим рахунком щонайменше 500,000 XNUMX доларів США протягом перших двох років.

Поле також загрузло в суперечках, з двома авторами дослідження замішаний у скандалі про порушення наукової поведінки для їх минула робота над закритими пацієнтами. Що стосується нової роботи, експерт з мозкових імплантатів д-р Наталі Мрачач-Керстінг з Фрайбурзького університету, яка не брала участі, але знає їхню історію, сказала: «Я б сказав, що це серйозне дослідження».

Пацієнту було все одно. «Спочатку я хочу подякувати», — подумки сказав доктор Нільс Бірбаумер, провідний автор дослідження. Через рік «моє найбільше бажання — це нове ліжко і щоб завтра я пішов з тобою на барбекю», — сказав він своїй родині.

Довга дорога туди

Операція на мозку не є першим вибором.

Після постановки діагнозу чоловік склав план гри, знайомий будь-якій сім’ї, яка бореться з БАС. У його центрі був пристрій для стеження за очима, за допомогою якого він міг висловлювати свої думки. Але оскільки м’язи навколо його очей поступово відмовили, він більше не міг фіксувати погляд, що зробило трекер марним. Згодом родина розробила власну систему ручок і паперів, щоб вони могли відстежувати прості думки на основі рухів його очей. Це було елементарно: будь-який помітний рух очей вважається «так», інакше вони вважають «ні».

Усвідомлюючи, що незабаром він може повністю втратити контроль над очима, пацієнт почав свою подорож, щоб спілкуватися лише за допомогою електричних сигналів свого мозку. З появою дедалі потужнішого програмного забезпечення та біосумісних мозкових імплантатів, зв’язок мозку з комп’ютером—і обхід нейронних пошкоджень — вибухає в потужну, хоча й досі експериментальну, стратегію боротьби з паралічем.

Починаючи з неінвазивної установки, він був оснащений електродами на поверхні черепа, щоб зафіксувати широкі електричні схеми його мозку. Оскільки череп розсіює сигнали та створює шум, система також вимірювала електричні сигнали в оці як окреме джерело даних. Розроблено автори дослідження Бірбаумер і його давній співробітник доктор Уджвал Чаудхарі, система працювала на двійковому «так» чи «ні».

Протягом року зв’язок знову вийшов з ладу. Передбачаючи, що його доля повністю замкнеться, чоловік — за погодженням зі своєю дружиною та сестрою — взагалі уникав очей. Натомість вони обрали мозкові імплантати, щоб безпосередньо підключатися до його нейронних сигналів.

Ще довга дорога

У червні 2018 року, лише через три роки після постановки діагнозу, чоловікові імплантували два мікроматричні електроди в його моторну кору. Кожен імплант містив 64 канали для прослуховування активності його мозку як спосіб декодування та спілкування із зовнішнім світом.

Це не нова ідея. Одне дослідження 2016 року використовував мозкові імплантати — загалом 16 електродів — у жінки, щоб контролювати набір тексту, уявляючи рухи її руки. На відміну від нинішнього пацієнта, вона все ще могла кліпати очима, що відрізняло її випадок. «Ми справді не знаємо, чи можливий зв’язок, навіть за допомогою сигналів мозку, після того, як весь м’язовий контроль не вдається», — сказали автори дослідження.

Майже одразу вони вдарилися об стіну. Через день після імплантації, поки пацієнт ще міг рухати очима, команда попросила його покладатися на попередню стратегію сім’ї, коли говорили «так» чи «ні», відстежуючи сигнали свого мозку. На жаль, сигнали були надто слабкими. Попросити пацієнта уявити рухи рук, язика чи ніг — усі трюки з попередньої роботи — також не спромоглися створити нейронні сигнали, здатні розшифрувати його наміри.

Майже через три розчарувальних місяці команда змінила свою стратегію. Вони використали нейрофідбек, метод, який дозволяє комусь змінювати сигнали свого мозку за допомогою зворотного зв’язку в реальному часі про те, чи досягли вони успіху. Це звучить як медитація «навчання в новому віці», і це дещо незвичне як парадигма навчання. Але нейрофідбек проходить випробування як метод самоконтролю функцій мозку при різноманітних розладах, включаючи тривогу, депресія, безсоння, залежність та інші з різним рівнем успіху.

Тут команда використовувала слуховий нейрофідбек як спосіб кращого вимірювання нейронних реакцій поблизу імплантованих електродів. Спочатку вони зіграли тон і попросили чоловіка спробувати підвищити або знизити висоту тону. Під капотом нервові імпульси чоловіка посилювалися швидше або повільніше залежно від висоти, забезпечуючи потужну базову лінію.

мозковий імплант — *Зображення Фото: Чаудхарі та ін., Природа*

Стратегія спрацювала. Пацієнт зміг змінити висоту тону з першої спроби. Протягом двох тижнів він міг відповідати тону, просто зосередившись. Ці початкові тести дозволили команді вибрати високочутливі нейрони, і використовуючи дані, вони розробили просту стратегію: утримуючи високий або низький тон, він міг спочатку вказати «так» або «ні», а потім окремі літери. .

Попереду довга дорога

Навчання було важким. Кожного дня сеансу команда починала з 10 хвилин базових записів, поки чоловік відпочивав.

«Це те, як ми можемо запустити нашу програму, щоб визначити швидкість запуску різних окремих каналів», щоб побачити, які з них є оптимальними для нейрозворотного зв’язку, пояснили автори. Загалом чоловік зіставив 80 відсотків відгуків, перш ніж вони продовжили заняття з орфографії. Протягом перших трьох днів він зміг вигадати своє ім’я, імена дружини та сина.

Але це все одно виснажливе завдання: навіть після місяців навчання він міг спілкуватися приблизно з одним символом на хвилину, або 131 символом на день. І це лише зрозумілі. На жаль, навіть з тренуваннями приросту швидкості не було.

Незважаючи на кропітку роботу, чоловік може зв’язатися зі своєю командою догляду та сім’єю. В одному повідомленні просили підняти голову вище, коли у нього були відвідувачі. Інший попросив без сорочок, але надіти шкарпетки на ніч.

«Він навіть давав пропозиції покращити свою орфографію, сказавши «увімкнути розпізнавання слів», — сказали автори приблизно через шість місяців після імплантації. Через рік він сказав команді: «Хлопці, це працює так легко» і попросив свою дружину смачно повечеряти «супом-гуляшем і супом із солодкого гороху» в зонді для годування.

Час, на жаль, був не на його боці. За три роки після його імплантації зв’язок уповільнився і став дедалі ряснішим помилками, аж до повної незрозумілості.

Чому це сталося, залишається загадкою, але експерти вважають, що це, ймовірно, через утворення рубцевої тканини навколо електродів, які гасять сигнали мозку. Хоча автори не повідомили про будь-які запалення чи інфекції в області імплантату, це завжди ризик.

Але як новаторство, дослідження малює новий початок для людей, які замкнені. Це висока винагорода з надзвичайно високою відповідальністю: багато пацієнтів на цьому етапі можуть опинитися наприкінці свого життя. Наскільки ми можемо бути впевнені в технології, яка розшифровує їхні думки щодо лікування та медичних рішень? Що станеться, якщо мозковий імплантат неправильно витлумачить думку, яка передбачає їхню допомогу? І в якому моменті для хвороб, які не виліковуються, ці мости розум-машина стають помилковою надією для близьких, коли мозок повільно зникає?

Наразі сміливого пацієнта це не хвилює. З імплантатом він попросив свого чотирирічного сина подивитися фільм Діснея Робін Гуд, або «відьма та чарівник» на Amazon. «Я люблю свого крутого сина», — сказав він розумом.

Зображення Фото: Wyss Center

Часова мітка: Березня 30, 2022