Технологические прорывы 2017 года. Как электрический спинной мозг борется с параличом
Попробуйте обойтись без рук хотя бы один день. Это даст вам представление о разрушительных последствиях травмы спинного мозга. Даже такая маленькая радость, как чашка утреннего кофе, будет вам недоступна. Однако ученые из университета Кейс Вестерн Резерв научили парализованных людей двигаться без использования спинного мозга – им помогают нейронные имплантанты.
Французский нейрофизиолог Куртин наблюдает за макакой, агрессивно пыхтящей на беговой дорожке. Его команда срезала половину спинного мозга животного, чтобы его правую ногу парализовало. Но Куртин смог заставить обезьяну ходить вновь. Вместе с коллегами он установил записывающее устройство под черепом обезьяны, коснувшись ее моторной коры, и присоединил гибкие электроды к спинному мозгу животного, расположив их чуть ниже травмы. Эти электронные устройства были соединены посредством беспроводной связи.
Модель устройства для беспроводной связи, вмонтированного в череп человека
Система считала намерение обезьяны сдвинуться с места и передала его позвоночнику в виде электрических импульсов. Вскоре правая нога обезьяны начала двигаться. Разогнуть – согнуть. Разогнуть – согнуть.
“Обезьяна сначала думала, а потом двигалась”, – вспоминает торжествующий Куртин, профессор швейцарской Политехнической школы Фредераль де Лозанна.
Не так давно люди и лабораторные животные научились контролировать компьютерные курсоры или роботизированные руки с помощью мысли – точнее,с помощью мозгового импланта, подключенного к компьютеру. Теперь исследователи с помощью этой технологии пытаются победить паралич. С помощью беспроводных интерфейсов они подключают мозг к электрическим стимуляторам на теле – так парализованный человек может начать двигаться с помощью силы мысли. Куртина называет эту технологию нейронным шунтированием.
В университете Кейс Вестерн Резерв в Кливленде пожилой человек, у которого двигалась только шея и плечи, согласился установить два таких имплантанта в своём
мозге. Изготовленные из кремния, эти имплантанты меньше, чем почтовая марка. Они оснащены сотней металлических датчиков толщиной в волос, которые “слышат” сигналы нейронов.
Чтобы обойти спинной мозг, команда Кейса под руководством Роберта Кирша и Болу Аджибоя также поместила 16 тонких электродов в мышцы руки человека. На видеозаписи эксперимента доброволец медленно поднимает руку с помощью подпружиненного подлокотника и подносит чашку с соломинкой к губам. Без системы он не может этого сделать. С помощью подобных интерфейсов парализованные люди даже могут играть в Guitar Hero.
Грегори Куртин демонстрирует элементы интерфейса «головной мозг – спинной мозг»
Результаты ученых Кейса, ожидающие публикации в медицинском журнале – часть обширной программы по использованию имплантированной электроники для восстановления органов чувств и двигательной активности. Помимо паралича, ученые надеются победить слепоту с помощью нейронных протезов, помещенных в глаза. Эти технологии также могут оказаться эффективными при восстановлении воспоминаний, утраченных из-за болезни Альцгеймера.
Ученые уверены: это сработает. В 1998 году пациентка перемещала курсор по экрану с помощью нейтронного протеза. Сейчас свою эффективность доказывают кохлеарные имплантанты, которые передают сигнал на слуховой нерв посредством микрофона. Каждый месяц появляются видео с детьми, которым эта технология позволила впервые услышать голос матери. Таким образом было побеждено более 250 тысяч случаев глухоты.
На этом видео, снятом исследователями EPFL, обезьяна с травмой спинного мозга, повлекшей паралич правой ноги, снова ходит. Однако помочь двигаться парализованному человеку намного сложнее
Такие технологии по-прежнему остаются слишком радикальными и слишком сложными, чтобы применять их за стенами лаборатории.
“Двадцать лет работы – и ни одного клинического применения!” – восклицает Куртин. “Мы продолжаем настаивать на ограничениях, но очень важный вопрос, найдут ли наши технологии практическое применение”.
Лаборатория Куртина расположена в Женеве, в том же здании, где находится научно-исследовательский центр стоимостью $100 млн, предназначенный для решения оставшихся технических препятствий для нейротехнологий, таких как обход спинного мозга. Центр финансирует швейцарский миллиардер Хансйорг Висс. Он нанимает ведущих специалистов от компаний-производителей медицинских устройств и швейцарских часовых фирм и снабжает помещения оборудованием. В этом центре производят золотые провода, вмонтированные в резиновые электроды, которые способны повторять форму тела.
Подобные нейроимпланты используются для считывания двигательных импульсов в мозге
Руководитель центра – американец Джон Донохью (John Donoghue), который возглавлял первые группы исследователей мозговых имплантантов в США. Сейчас он пытается сосредоточить в одном месте колоссальные технические ресурсы и талантливых неврологов, технологов, клинических специалистов для создания коммерчески жизнеспособных систем.
Одним из главных приоритетов Донохью является «нейрокомм» – ультракомпактное беспроводное устройство, которое может собирать данные из мозга со скоростью Интернета. Донохью называет его «радио в голове» и «самым совершенным мозговым коммуникатором в мире». Прототипы размером в спичку изготовлены из биосовместимого титана и сапфира. Куртин использовал более раннюю и громоздкую версию в экспериментах на обезьянах.
Гибкие электроды, имитирующие спинной мозг
Обход спинного мозга – все еще сложный и медленный процесс. Прогресс будет неизбежно медленным. Однако нейронную имплантацию следует проводить, так как этого хотят сами пациенты.
“Спросите кого-нибудь из них, хотят ли они вновь научиться двигать рукой», – говорит Донохью. «Люди мечтают вернуться к полноценной жизни. Они хотят реанимироваться».
Возможно, через 10–15 лет эти технологии выйдут из лаборатории, и парализованные люди вновь обретут способность двигаться.
Комментарии