Мозговые имплантаты даже фантастическая литература часто рассматривает как опцию для главного злодея: мало кому хочется быть киборгом. Но в скором времени люди с чипами в голове могут появиться на улицах городов. Они встанут из инвалидных кресел, избавятся от протезов и смогут вести достойную жизнь. В этом уверены медики массачусетского госпиталя и университета Брауна. Они создали микрочипы, способные подменять «провода» внутри человеческого тела и восстанавливать функции парализованных конечностей.
Сейчас медики готовятся к первым практическим испытаниям своей разработки под названием BrainGate2. Они попытаются оживить парализованную руку пациента, чтобы он мог пользоваться ею так, как раньше. Для этого больному вживят в головной мозг микрочип, который станет буфером между нервными клетками и парализованной конечностью. Поскольку родные нервы в организме пациента не могут передавать сигналы активности к его руке, хирургам придется проделать немалую работу. Кроме вживления чипа они должны будут оснастить электроникой мышцы руки. Эти два электронных узла будут связаны в единую сеть и заменят нервы.
Благодаря таким технологиям парализованные полностью люди смогут значительно улучшить качество своей жизни. Например, пациент, у которого не работает тело ниже шеи, с помощью электростимуляции мышц сможет управлять 18 мышцами руки. Это позволит ему выполнять простые, но важные задания: самостоятельно принимать пищу и почесывать свое тело.
«Это будет первый случай, когда человека подключили к устройству электростимуляции мышц через компьютерно-мозговой интерфейс, – отмечает нейробиолог Даниель Морган. Он принимал участие в разработке нового микрочипа. – Они собрали всю систему вместе».
Управляем мышцами через электричество
Технология активации мышц с помощью электрических сигналов уже длительное время используется для улучшения качества жизни парализованных. Благодаря ей они могут выполнять различные бытовые действия. Например, стоять, нажимая кнопки на клавиатуре, и даже ходить с посторонней помощью. А если у пациента парализованы руки, тогда он сможет работать ими, подавая сигнал, например, при помощи подбородка. Новая технология избавляет больных от этих неудобств и позволяет им управлять своими конечностями напрямую из мозга при помощи мыслей.
Конструкция нейроимплантата представляет собой микрочип с очень тонкими выводами для передачи сигналов. Всего есть 96 электродов, которые проникают в двигательную область головного мозга. Если установить имплантат в район, отвечающий за движение рук, парализованный пациент получит возможность двигать ими. Микрочип собирает при помощи электродов импульсы от нейронов головного мозга в двигательной коре мозга и посредством проводной связи передает их напрямую в мышцы руки.
Думает человек, двигает – микрочип
Управляющий алгоритм способен распознавать не только желание пациента двигать своими конечностями. Он также определяет направление движения и тщательно управляет доступными 18 мышцами в руке. Благодаря этому пациент может шевелить ею практически так, будто она не парализована.
«Пациент думает «вверх и вправо», а наш контроллер рассчитывает корректные параметры активации мышц для движения», – говорит один из технологических экспертов проекта Роберт Кирш.
Текущая модель заложенного в микрочип BrainGate2 алгоритма включает в себя 29 мышц, 138 мускульных зон и 11 соединений. Такое количество требуется, чтобы электроника смогла корректно понимать мысли парализованного пациента. Ведь последний должен предварительно «научить» микрочип выполнять команды правильно. Для этого используется специальный компьютер с изображенной на дисплее виртуальной рукой. Больной должен своими мыслями заставить ее сдвинуться и коснуться красного шарика. При удачном выполнении задания последний изменит цвет на зеленый.
Обратная связь пока за горизонтом
Даже если ученые и медики смогут научиться восстанавливать активность парализованных конечностей при помощи микрочипа в головном мозгу, эта технология будет далека от данных природой возможностей. Пациенты смогут выполнять задания и перемещать предметы. Но они не будут иметь обратной связи – они не смогут, например, чувствовать, что в их руке вообще что-то есть. Это большая проблема, так как здоровый человек постоянно подстраивает усилие мышц и скорость движения именно благодаря собственным ощущениям в руке.
Сейчас ученые пока не занимаются над решением проблемы с обратной связью – это не позволяют технологии. Ведь для этого нужно уметь подсоединяться к каждому нейрону, не повредив его. Поэтому ученые работают над улучшением разработанного ими имплантата. В следующей его версии они хотят повысить точность считывания мыслей. Они также планируют заменить проводную связь между микрочипом в мозгу и мышцами руки на беспроводной канал. Это обеспечит парализованным пациентам более естественный внешний вид.
По материалам: Technology Review
