Cấy ghép não cho phép người đàn ông bị khóa chuyển suy nghĩ thành câu viết

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

hình ảnh phản hồi thần kinh cấy ghép não

ALS (bệnh xơ cứng teo cơ một bên) rất tàn nhẫn. Khi các tế bào thần kinh điều khiển chuyển động chết dần, bạn sẽ mất khả năng đi lại, nói và thở. Đầu óc bạn vẫn nhạy bén, nhưng bạn hoàn toàn bị nhốt, không có cách nào để giao tiếp với thế giới bên ngoài.

Đó là những gì mà một người đàn ông 37 tuổi đã trải qua. Được chẩn đoán ở tuổi 30, chỉ trong 4 tháng, anh mất khả năng nói và đi lại. Trong hai năm, anh không còn cử động được mắt - phương pháp giao tiếp duy nhất của anh với vợ và con trai nhỏ. Thở bằng máy thở và hoàn toàn tê liệt, anh bị mắc kẹt bên trong tâm trí.

Quyết tâm thoát ra khỏi nhà tù thể xác của mình, người đàn ông đã đăng ký một quy trình mang tính thử nghiệm cao. Hai mảng vi điện cực đã được phẫu thuật cấy ghép vào các vùng não điều khiển chuyển động. Chỉ hơn 100 ngày sau khi phẫu thuật, và sau khi được đào tạo chuyên sâu, bệnh nhân đã có thể sử dụng trí óc của mình để nói ra những suy nghĩ của mình thành những câu hoàn chỉnh.

Yêu cầu đầu tiên của anh ấy? Thay đổi vị trí cơ thể của anh ấy để được thoải mái hơn. Tiếp theo của anh ấy? “Tôi muốn nghe album của Công cụ [một ban nhạc] lớn, ”rồi“ Bây giờ là một cốc bia. ”

“Mọi người đã thực sự nghi ngờ liệu điều này có khả thi hay không,” nói Tiến sĩ Mariska Vansteensel tại Trung tâm Y tế Đại học Utrecht, người không tham gia vào nghiên cứu, Khoa học.

Nếu được nhân rộng, hệ thống này hứa hẹn sẽ mang lại thông tin liên lạc cho hàng trăm nghìn người đang bị nhốt trong tâm trí của họ, có thể là do ALS, đột quỵ, ung thư hoặc chấn thương sọ não. Hiện tại, phương pháp này vẫn chưa thể sẵn sàng để sử dụng trong lâm sàng. Bỏ qua nhiều năm đào tạo, quy trình này rất phù hợp với từng người, với hóa đơn kếch xù ít nhất 500,000 đô la trong hai năm đầu tiên.

Lĩnh vực này cũng đang vướng vào tranh cãi, với hai trong số các tác giả của nghiên cứu bị lôi kéo vào một vụ bê bối hành vi sai trái khoa học để công việc trước đây về bệnh nhân bị nhốt. Đối với công trình mới, chuyên gia cấy ghép não, Tiến sĩ Natalie Mrachacz-Kersting tại Đại học Freiburg, người không tham gia nhưng biết về lịch sử của họ, cho biết, “Tôi có thể nói rằng đó là một nghiên cứu vững chắc".

Bệnh nhân không thể quan tâm hơn. “Đầu tiên tôi muốn cảm ơn” Tiến sĩ Niels Birbaumer, tác giả chính của nghiên cứu, ông nói với tâm trí của mình. Một năm sau, “điều ước lớn nhất của tôi là một chiếc giường mới và ngày mai tôi sẽ cùng bạn đi ăn thịt nướng,” anh nói với gia đình.

Con đường dài ở đó

Phẫu thuật não không phải là lựa chọn đầu tiên của bất kỳ ai.

Sau khi chẩn đoán, người đàn ông đã vạch ra một kế hoạch trò chơi quen thuộc với bất kỳ gia đình nào đang chiến đấu với ALS. Trung tâm của nó là một thiết bị theo dõi ánh mắt mà anh ta có thể sử dụng để đánh vần những suy nghĩ của mình. Nhưng khi các cơ xung quanh mắt của anh ấy dần dần bị hỏng, anh ấy không còn có thể nhìn vào mắt mình nữa, khiến trình theo dõi trở nên vô dụng. Sau đó, gia đình đã phát triển hệ thống bút và giấy của riêng họ để họ có thể theo dõi những suy nghĩ đơn giản dựa trên chuyển động mắt của anh ấy. Nó rất thô sơ: bất kỳ chuyển động mắt nào có thể quan sát được đều được coi là “có”, nếu không thì họ cho rằng “không”.

Nhận ra mình có thể sớm mất toàn bộ khả năng kiểm soát mắt, bệnh nhân bắt đầu hành trình giao tiếp thông qua các tín hiệu điện của não một mình. Với sự gia tăng của phần mềm ngày càng mạnh mẽ và cấy ghép não tương thích sinh học, liên kết bộ não với máy tính—Và bỏ qua tổn thương thần kinh — đang bùng nổ thành một chiến lược mạnh mẽ, nếu vẫn còn đang thử nghiệm, để chống lại chứng tê liệt.

Bắt đầu với một thiết lập không xâm lấn, anh ta được gắn các điện cực trên bề mặt hộp sọ để ghi lại các mẫu điện rộng của não. Bởi vì hộp sọ phân tán tín hiệu và mang lại tiếng ồn, hệ thống cũng đo các tín hiệu điện qua mắt như một nguồn dữ liệu riêng biệt. Được phát triển bởi các tác giả nghiên cứu Birbaumer và cộng tác viên lâu năm của ông, Tiến sĩ Ujwal Chaudhary, hệ thống hoạt động dựa trên hệ nhị phân “có” hoặc “không”.

Trong vòng một năm, liên lạc lại một lần nữa không thành công. Đoán trước số phận của mình cho việc khóa cửa hoàn toàn, người đàn ông - đồng ý với vợ và chị gái của mình - đã hoàn toàn tránh đi đôi mắt. Thay vào đó, họ chọn phương pháp cấy ghép não để tiếp cận trực tiếp các tín hiệu thần kinh của anh ta.

Vẫn còn một con đường dài

Vào tháng 2018 năm 64, chỉ ba năm sau khi được chẩn đoán, người đàn ông này đã được cấy hai điện cực microarray vào vỏ não vận động của mình. Mỗi thiết bị cấy ghép có XNUMX kênh để lắng nghe hoạt động của não anh ta như một cách để giải mã và giao tiếp với thế giới bên ngoài.

Đó không phải là một ý tưởng mới. Một nghiên cứu vào năm 2016 đã sử dụng thiết bị cấy ghép não — tổng cộng 16 điện cực — ở một phụ nữ để kiểm soát việc đánh máy bằng cách tưởng tượng các chuyển động trên tay cô ấy. Không giống như bệnh nhân hiện tại, cô ấy vẫn có khả năng chớp mắt, điều này khiến trường hợp của cô ấy trở nên khác biệt. Các tác giả nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi thực sự không biết liệu giao tiếp, ngay cả từ các tín hiệu não, vẫn có thể thực hiện được một khi tất cả các cơ kiểm soát không thành công.

Gần như ngay lập tức, họ đụng phải một bức tường. Một ngày sau khi cấy ghép, trong khi bệnh nhân vẫn có thể cử động mắt, nhóm nghiên cứu đã yêu cầu anh ta dựa vào chiến lược giao tiếp “có” hoặc “không” trước đây của gia đình trong khi theo dõi các tín hiệu não của anh ta. Thật không may, các tín hiệu quá yếu. Yêu cầu bệnh nhân tưởng tượng các chuyển động của tay, lưỡi hoặc chân — tất cả các thủ thuật từ lần làm trước — cũng không tạo ra tín hiệu thần kinh có khả năng giải mã ý định của họ.

Gần ba tháng khó chịu sau đó, nhóm nghiên cứu đã thay đổi chiến lược của họ. Họ khai thác phản hồi thần kinh, một phương pháp cho phép ai đó sửa đổi tín hiệu não của họ với phản hồi theo thời gian thực về việc liệu họ có thành công hay không. Nghe có vẻ giống như thiền học thuật thời đại mới, và nó hơi bất thường như một mô hình đào tạo. Nhưng phản hồi thần kinh đang được thử nghiệm như một phương pháp tự kiểm soát các chức năng của não đối với nhiều chứng rối loạn, bao gồm cả lo âu, trầm cảm, mất ngủ, nghiện ngập, và những thứ khác, với các mức độ thành công khác nhau.

Ở đây, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phản hồi thần kinh thính giác như một cách để đo lường tốt hơn các phản ứng thần kinh gần các điện cực được cấy ghép. Đầu tiên, họ chơi một giai điệu, và yêu cầu người đàn ông cố gắng điều chỉnh âm sắc cao hơn hoặc thấp hơn trong cao độ. Dưới mui xe, các dây thần kinh của người đàn ông tăng vọt nhanh hơn hoặc chậm hơn tùy thuộc vào cao độ, cung cấp một đường cơ sở mạnh mẽ.

cấy ghép não — *Ảnh: Chaudhary và cộng sự, Nature*

Chiến lược đã hoạt động. Bệnh nhân đã có thể di chuyển âm vực trong lần thử đầu tiên. Trong vòng hai tuần, anh ấy có thể phù hợp với giai điệu chỉ bằng cách tập trung. Những thử nghiệm ban đầu này cho phép nhóm chọn ra các tế bào thần kinh phản ứng cao và sử dụng dữ liệu, họ đã nghĩ ra một chiến lược đơn giản: bằng cách giữ giọng cao hoặc thấp, ban đầu anh ta có thể chỉ ra “có” hoặc “không” và sau đó là từng chữ cái. .

Một con đường dài phía trước

Việc đào tạo rất khó khăn. Vào mỗi ngày phiên họp, nhóm bắt đầu với 10 phút ghi âm cơ bản trong khi người đàn ông nghỉ ngơi.

Các tác giả giải thích: “Đó là cách chúng tôi có thể chạy chương trình phần mềm của mình để xác định tốc độ kích hoạt của các kênh riêng lẻ khác nhau” để xem kênh nào là tối ưu cho phản hồi thần kinh. Nhìn chung, người đàn ông phù hợp với 80% phản hồi trước khi họ tiếp tục phiên đánh vần. Trong vòng ba ngày đầu tiên, anh ta đã có thể đánh vần tên riêng của mình, của vợ và của con trai mình.

Nhưng đó vẫn là một nhiệm vụ mệt mỏi: ngay cả khi được đào tạo hàng tháng trời, anh ấy có thể giao tiếp với tốc độ khoảng một ký tự mỗi phút, hoặc 131 ký tự mỗi ngày. Và đó chỉ là những điều dễ hiểu. Thật không may, ngay cả khi được đào tạo, tốc độ vẫn không tăng lên.

Tuy nhiên, người đàn ông vẫn có thể tiếp cận với đội ngũ chăm sóc và gia đình của mình. Một thông báo yêu cầu ngẩng cao đầu khi có khách đến thăm. Một người khác yêu cầu không mặc áo sơ mi, nhưng đi tất vào ban đêm.

“Anh ấy thậm chí còn đưa ra các đề xuất để cải thiện hiệu suất cánh quạt của mình bằng cách đánh vần 'bật tính năng nhận dạng từ'," các tác giả cho biết khoảng sáu tháng sau khi cấy ghép. Trong vòng một năm, anh ấy nói “Các chàng trai, nó hoạt động rất dễ dàng” với đội, và yêu cầu vợ anh ấy cho một bữa tối ngon miệng với “súp Goulash và súp đậu ngọt” trong ống ăn của anh ấy.

Thời gian, thật bi thảm, không đứng về phía anh. Trong ba năm kể từ khi cấy ghép, thông tin liên lạc chậm lại và ngày càng có nhiều lỗi, đến mức hoàn toàn không thể hiểu được.

Tại sao điều này xảy ra vẫn còn là một bí ẩn, nhưng các chuyên gia tin rằng có thể do mô sẹo hình thành xung quanh các điện cực, làm giảm tín hiệu của não. Mặc dù các tác giả không báo cáo bất kỳ tình trạng viêm hoặc nhiễm trùng nào ở vùng cấy ghép, nhưng đó luôn là một rủi ro.

Nhưng với vai trò là người đi trước, nghiên cứu phác họa một khởi đầu mới cho những người bị nhốt. Đó là phần thưởng cao với trách nhiệm cực kỳ cao: nhiều bệnh nhân ở giai đoạn này có thể cuối đời. Làm thế nào chúng ta có thể tự tin vào một công nghệ giải mã ý kiến của họ về điều trị và các quyết định y tế? Điều gì xảy ra nếu bộ não hiểu sai một suy nghĩ liên quan đến việc chăm sóc của họ? Và đối với những căn bệnh vô phương cứu chữa, những chiếc cầu máy tâm trí này sẽ trở thành hy vọng hão huyền cho những người thân yêu khi não bộ dần mất đi?

Hiện tại, bệnh nhân lanh lợi không quan tâm đến tất cả những điều đó. Với thiết bị cấy ghép, anh ấy đã yêu cầu cậu con trai bốn tuổi của mình xem Disney's Robin Hoodhoặc "phù thủy và thuật sĩ" trên Amazon. “Tôi yêu cậu con trai tuyệt vời của mình,” anh nói với trí óc của mình.

Ảnh: Trung tâm Wyss

Dấu thời gian: 30 Tháng ba, 2022