Американец Билл Кочевар стал первым пациентом с тетраплегией (параличом четырех конечностей), которому удалось вернуть способность двигать руками с помощью имплантированных в мозг электродов в обход поврежденного спинного мозга. Сообщается, что эксперимент прошел настолько удачно, что испытуемый теперь может самостоятельно почесать нос, взять кружку с водой, поднести ее к губам, выпить содержимое через соломинку, а затем отведать пюре из тарелки.
Исследование было проведено учеными из университета Кейс Вестерн Резерв и Центром функциональной электростимуляции Кливленда в рамках проекта BrainGate, в ходе которого проводятся клинические испытания по восстановлению двигательных способностей парализованных людей.
Несмотря на то, учеными была проведена неимоверно усердная работа (до сих пор никому не удавалось даже частично вернуть подвижность рукам человека с тетраплегией), по их мнению, это только начало пути. «В дальнейшем наши разработки должны привести к зарождению принципиально нового поколения нейропротезов, которые, как все мы надеемся, когда-нибудь вернут парализованным людям мобильность и независимость», — заявил один из со-руководителей исследования Ли Хочерг.
«Для человека, который получил травму восемь лет назад и не мог двигаться, появление мобильности, пускай и совсем небольшой – это просто потрясающе. – радуется 56-летний Билл Кочевар, который был обездвижен от плеч после крайне неудачного падения с велосипеда. – Ничего подобного я себе и представить не мог».
Сущность разработки
Имплантированная разработка состоит из двух частей: интракортикального интерфейса «мозг-компьютер» (iBCI), который обрабатывает и декодирует сигналы мозга, и FES — функциональной электрической стимуляции, обеспечивающей необходимую работу мышц. Ранее они использовались отдельно друг от друга.
Так, при помощи iBCI испытуемые могли «силой мысли» перемещать изображения на экране компьютера и управлять роботизированными руками, в то время как система FES позволяла парализованным людям двигать конечностями, однако до сих пор им приходилось делать это опосредствованно, пожимая плечами или кивая головой, а не напрямую — за счет сигналов мозга. Заслуга же американских ученых состоит в том, что им удалось объединить эти две технологии.
Сперва исследователи поместили Кочевара в установку для магнитно-резонансной томографии и заставили его представлять движения различных частей тела, отслеживая при этом, какие участки его мозга становились активными. «Такой вид структурной визуализации – единственный способ получить точный атлас зон мозга, необходимый для надежной работы нейроинтерфейса», — объясняет один из исследователей Болу Аджибойе.
Затем начался сам эксперимент. В первую очередь ученые вживили в двигательную кору головного мозга Кочевара два 96-канальных массива электродов, которые фиксируют активность зон, отвечающих за движения (iBCI). После этого исследователи поместили 36 электродов в верхнее и нижнее предплечья пациента для функциональной электростимуляции мышц (FES). Кроме этого, чтобы преодолеть гравитацию, которая не позволила бы просто так поднять руку, ученые разработали мобильный механизм поддержки, также контролируемый мозгом испытуемого.
Таким образом, работа системы сводится к следующему: получив от iBCI данные о движении, которое необходимо совершить, система FES превращает их в серию электрических импульсов, соответствующим образом стимулируя мышцы руки. Говоря простым языком, при помощи компьютера парализованные мышцы получают команду от головного мозга в обход атрофированного спинного мозга и начинают сокращаться, позволяя пациенту сделать то, что он хочет.
Стоит отметить, что после вживления имплантов Кочевару понадобилось немало времени, чтобы овладеть системой. Прежде всего, необходимо было натренировать ослабевшие за восемь лет мышцы. Для этого ученые в течение года их регулярно электростимулировали. Когда подвижность вернулась, Кочевар еще четыре месяца тренировался управлять рукой в виртуальной реальности. И лишь затем, когда пациент научился хорошо контролировать виртуальную руку, ему позволили взять контроль над своими настоящими конечностями.
Тем не менее, испытуемый не жалуется и говорит, что «все прошло быстро».
«Управлять виртуальной я научился практически сразу, — рассказывает Кочевар, — а затем лишь совершенствовал умение».
Следует подчеркнуть, что система не лишена изъянов. Так, Кочевар не ощущает обратной связи. Впрочем, его это совершенно не беспокоит. «Мы провели несколько экспериментов, в ходе которых я закрыл глаза и проводил манипуляции вслепую. Я смог это сделать», — говорит он. По словам исследователей, не исключено, что в будущем им удастся смоделировать и своего рода «отдачу».
Кроме этого, движения рук происходят медленно, ограниченно и с определенной задержкой. Наконец, система сама по себе довольно громоздка и сложна для ежедневного использования, не говоря уже про использование за пределами больницы. Тем не менее, достигнутые результаты специалисты все равно считают весьма значимыми и обнадеживающими.
На данный момент ученые занимаются миниатюризацией технологии, чтобы ее можно было целиком имплантировать в тело, а также намерены адаптировать систему и для нижних конечностей. При этом их основным «подопытным «по-прежнему остается Кочевар, о котором исследователи имеют очень высокое мнение.
«Этот человек собственноручно пробивает дорогу для людей с травмами спинного мозга. — говорит Боб Кирш из университета Вестер Кейса. — Возможно, именно благодаря Кочевару такие люди в будущем обретут утраченную независимость».
Источник: Engadget