Проверка электронной почты, рисование изображений и погружение в игры, осуществляемые с помощью компьютера, у большинства людей не вызывает никаких затруднений. Но если человек парализован, решение подобных задач находится за пределами его возможностей.
В основу современных нейротехнологий - использования передовых технических решений для изучения мозга - положены методы компьютерной аксиальной томографии (Computed Axial Tomography, CAT) и глубокой стимуляции мозга. В процессе глубокой стимуляции медицинские устройства вступают в контакт с мозгом для управления его деятельностью и контроля за состоянием других частей тела.
Такое применение нейротехнологий помогает устранить тремор у людей, страдающих болезнью Паркинсона, а устройства, имеющие форму улитки, способны восстанавливать поврежденный слух. В последнем случае нейротехнологии помогают донести информацию до мозга, в других же, наоборот, обеспечивают извлечение информации из мозговых сигналов путем построения нейронных интерфейсов и каналов связи между мозгом и компьютерным устройством. Достижения в данной области призваны помочь парализованным людям восстановить контакты с окружающим миром.
Мысли на экране монитора
Часть пациентов, принимающих участие в клинических испытаниях нейронной интерфейсной системы BrainGate, разработанной специалистами компании Cyberkinetics Neurotechnology Systems, уже сумели обрести связь с миром.
"Многие неврологические нарушения лишают людей возможности передвигаться, но разум их находится в полном порядке, - отметил основатель, научный руководитель и директор Cyberkinetics Джон Доногью, представляя Музее науки Бостона технологию, разработанную его компанией. - Вспомните о повреждениях спинного мозга, которые фактически отделяют разум от тела. Несмотря на это, мозговые сигналы регистрируются и через многие годы после получения травмы".
Для того чтобы преобразовать мысли в действия, необходимо считывать сигналы, пересылающие информационные сообщения от мозга к нервам. За организацию связи между мозгом и телом отвечают нейроны, генерирующие электрические импульсы. Эти импульсы регистрируются в виде всплесков на экране монитора.
"Вся информация, циркулирующая в мозге, базируется на таких всплесках, - подчеркнул Доногью. - Инициируя движение, вы направляете сигналы о своих намерениях от мозга к нервам и мышцам".
«Декодер» для мозга
К сожалению, у парализованных пациентов эти сигналы уже не могут трансформироваться в действия без посторонней помощи.
Однако технология Cyberkinetics позволяет декодировать электрические импульсы и реализовать соответствующие им замыслы. Участники испытаний одной лишь силой мысли перемещали курсор и воспроизводили слова на экране монитора. Для считывания мозговых электрических импульсов на двигательной области коры головного мозга - отделе мозга, отвечающем за выполнение двигательных функций, закреплялись микроэлектродные датчики.
Датчик, представляющий собой квадратный чип размером с таблетку детского аспирина, вводился в мозг через отверстие, просверливаемое в черепе. Внутри у него находилось 100 электродов, толщина каждого из которых не превышала толщины человеческого волоса. Датчик с электродами углублялся в мозг на расстояние 1 мм.
"Единственный способ улавливания сигналов заключается в том, чтобы разместить микроэлектроды как можно ближе к нервным клеткам", - пояснил Доногью.
С помощью золотых проводников датчик подключался к внешнему интерфейсу, выступающему над кожей головы. Внешний интерфейс соединялся кабелями с тележкой, на которой размещались компьютерные устройства, анализирующие данные мозга и преобразующие их в соответствующую двигательную активность.
Говорить текстовым редактором
Подключенные к ПК пациенты, принимавшие участие в клинических испытаниях BrainGate, просматривали электронную почту, перемещая силой мысли курсор на экране монитора. Управление видеоигрой осуществлялось путем мысленного перемещения рычажков на экранном пульте. Еще один пациент смог заговорить, составляя фразы с помощью программы текстового процессора.
Систему BrainGate можно подключать к протезам и другим периферийным устройствам. Один из пациентов силой мысли сжимал и разжимал кулак протеза, захватывая и перемещая объекты при помощи роботизированной руки.
Испытания системы BrainGate, в которых принимали участие четыре пациента, проводились в общей сложности на протяжении 2 тыс. дней. За это время никаких противопоказаний с точки зрения безопасности выявлено не было.
По словам Доногью, в настоящее время система BrainGate находится лишь в начальной стадии своего развития и применяется исключительно в демонстрационных целях. Конечно, у разработчиков имеются весьма амбициозные планы, но для того, чтобы их реализовать, авторам проекта предстоит пройти еще очень долгий путь.
Лучше, чем ничего
Динамика BrainGate не просто отражает движение флюидов, но открывает перед парализованными людьми реальные возможности. "Наверное, перемещения происходят не слишком элегантно, но для человека, который не в состоянии сделать вообще ничего, это в любом случае немалое подспорье", - подчеркнул Доногью.
В перспективе новую технологию можно применять для восстановления подвижности конечностей, подключая систему BrainGate к роботизированному устройству, надеваемому, к примеру, на парализованную руку. Когда мозг посылает руке сигнал на перемещение, система BrainGate преобразует его в электрические импульсы, приводящие в движение подобные устройства.
Если сегодня система BrainGate помогает раненым, то в будущем она может пригодиться и здоровым людям, хотя реализовать такой сценарий, скорее всего, удастся не скоро.
"Существует идея помещать информацию прямо в мозг с целью ее последующего мгновенного использования, - пояснил Доногью. - Таким образом можно было бы, например, преодолевать языковые барьеры, но это дело весьма отдаленного будущего".
Провода - ненадолго
Есть надежда, что в перспективе компьютерная система BrainGate станет более мобильной и компактной. Тогда ее можно будет монтировать непосредственно на кресле-каталке. Мозговые датчики следующего поколения оснастят беспроводными интерфейсами, а информация из мозга пациента сразу будет передаваться на компьютерные устройства.
"Для пересылки сигнала через кожу мы использовали инфракрасные передатчики, - сообщил Доногью. - Ими можно управлять. Радиотехнологии получают сегодня повсеместное распространение".
Использование технологий подобным образом вызывает сейчас немало вопросов, но тяжелые травмы не оставляют пациентам выбора.
"Люди, которые сегодня разбиты параличом, вряд ли откажутся от возможности хоть как-то улучшить свое положение, - заметил Доногью. - Я убежден в том, что со временем наши идеи найдут практическое воплощение. В 1950-е годы никто даже не предполагал, что обмен информацией с мозгом можно осуществлять по проводам".