Парализованная женщина средних лет сидит в инвалидном кресле, она может только наклонять голову и двигать глазами. На верхней части её головы находится разъем, через шнур, подключенный к компьютеру. На экране монитора изображена стандартная QWERTY клавиатура. Курсор молча перемещается по клавиатуре.

В ответ на вопрос, нравится ли ей использовать эту систему, она осознанно набирает буквы, З-А-Х-В-А-Т-Ы-В-А-Ю-Щ-Е. Удивительно, но она делает это просто думая о своей руке контролирующей и нажимающей на воображаемую мышь.

Устройство, соединяющее мозг с компьютером и восстанавливающее способности общения с миром, называется BrainGate2. Его разработка является пионерской работой группы исследователей, финансируемой Национальным институтом глухоты и других расстройств коммуникации (NIDCD), Национального института здоровья (NIH), и Департамента США по делам ветеранов (VA). Они используют технологию превращающую мысли в слова – интерфейс “мозг-компьютер”. Отвечающие за движение сигналы мозга записываются, и используются компьютерной программой преобразующей эти сигналы в команды для компьютера.

Синдром запертого, это состояние близкое к полному параличу, возникающее в результате дегенеративного поражения мозга при котором разрывается связь между двигательными центрами коры головного мозга и остальным телом. Он может возникнуть после инсульта ствола мозга, черепно-мозговой травмы, или длительном нервно-мышечном заболевании, таком как боковой амиотрофический склероз (ALS, или болезнь ЛУ Герига). Люди, больные этим синдромом, по-прежнему мысленно активны, способны думать и чувствовать, но ничего не могут сделать для общения с окружающим миром.

BrainGate2 является детищем группы нейробиологов и нейроинженеров под руководством Лейна Гохберга, доктора медицины, связанного с несколькими медицинскими и научными центрами США. Эта исследовательская группа работает в Университете Брауна в Провиденсе. На базе технологии BrainGate2 эта команда активно разрабатывает средства общения для больных синдромом запертого. Даже не пошевелившись больному достаточно мысленно представить движение своей руки на компьютерной мыши, чтобы заставить курсор двигаться по монитору компьютера.

По словам доктора Гохберг, клиническое исследование BrainGate2 было бы невозможно, без проводившихся на протяжении десятилетий программ нервного протезирования NIH, позволяющих мозгу взаимодействовать напрямую с компьютером. Начальные преклинические исследования были проведены в рамках одной из этих программ Джоном Донахю в Брауне. Он же провёл и разработку, являющегося ключевым для BrainGate2, имплантируемого устройства. Доктор Гохберг считает что BrainGate2, это результат 40 лет исследовательской работы посвященной деятельности моторной коры. Этот участок управляющий движениями тела расположен в верхней части головного мозга. “Мы поняли многое об этой части мозга,”говорит доктор Гохберг, “а также о том как отдельные нейроны в моторной коре взаимодействуют при получении произвольного движения.”

Но даже притом, насколько много команда доктора Гохберга знала работе коры головного мозга, они должны были преодолеть ещё несколько преград для создания законченного устройства. Первой задачей была разработка метода “дешифровки” потенциалов действия, коротких импульсов или скачков электрической энергии, которые мозг использует для передачи информации между нейронами. Предыдущие работы доктора Гохберга с коллегами, были посвящены изучению примеров активности в популяциях нейронов моторной коры, а также изучению связи между изменениями потенциалов действия и фактическим движением руки, его скоростью. С помощью заложенных в компьютер математических алгоритмов. стало возможным преобразование нейронной активности моторной коры головного мозга в чёткие направляющие сигналы.

Вторая задача была показать, что сигналы генерируемые в моторной коре при движении, остаются неизменными, даже в случае потери связи между мозгом и мускулами. В нейрофизиологии было распространено мнение, что мозг работает по принципу “используй это или утрать это” по этому, не используемые нейронные цепи часто реорганизуются или используются для других целей. Но доктор Гохберг и его команда обнаружили сходные по форме и силе сигналы у своих пациентов независимо от того как давно они получили травму.

Таким образом, поскольку сигналы еще сильны, существует возможность их декодировки. В дальнейшем, при подключении к компьютеру, сигналы могут быть разблокированы и использоваться для возобновления коммуникации людей больных синдромом запертого.

Прибор BrainGate2 достаточно прост. Крошечные датчики имплантированных микрочипов в реальном времени записывают активность нейронов (от десятков до сотен) и передают их через соединение в голове. Эти сигналы приходят на компьютер, который запрограммирован переводить их в движение курсора по экрану монитора. “Эти сигналы, совершенно такие же, как и сигналы в норме контролирующие движение руки или ладони” сказал доктор Гохберг, “просто теперь они используются для контроля воображаемой компьютерной мыши.”

Сейчас оборудование достаточно громоздкое, и люди его использующие, это первые пациенты, которые были задействованы в исследовании. Использование этого оборудования возможно только тогда, когда есть человек, который может включить систему. “Мы находимся на той же стадии, на которой находился первый кардиостимулятор, который толкали на тележке перед собой, ”сказал доктор Гохберг. Но он считает что ситуация изменится когда прибор будет усовершенствован, уменьшен, и полностью имплантирован в моторную кору головного мозга. Предположительно, он сможет передавать информацию по беспроводной технологии.

Доктор Гохберг выражает благодарность за участие небольшой группе людей, посвящающих своё время и силы, чтобы помочь ему и его коллегам в исследовании и усовершенствовании устройства.

“Новаторский дух и щедрость наших участников, их ценные отзывы, показывают нам какой должна стать эта технология,” доктор Гохберг говорит. “Они принимают участие в клинических испытаниях не потому, что рассчитывают на личную выгоду. Они принимают участие, потому что они могут помочь разработать прибор, который когда-нибудь поможет другим людям с расстройствами коммуникации или параличом.”

Чтобы узнать больше о работе доктора Гохберг и его коллег, посетите сайт BrainGate2.

Категория: Управление | Нет комментариев »

Комментарии