Сенсор-имплантат изменит жизнь людей без движения

Похоже, многие серьёзные двигательные нарушения, считающиеся приговором, не будут препятствием для совершения хотя бы некоторых элементарных действий. "Опять фантастика?" – спросите вы. Нет, вовсе не фантастика, а перспектива ближайших лет. К тому же, и прецеденты уже имеются.

Мэттью Нейгл (Matthew Nagle), бывшая футбольная звезда из Веймута (штат Массачусетс), оказался парализованным от плечевого пояса и ниже после того, как во время драки в 2001 году получил ножевое ранение, безнадёжно травмировавшее спинной мозг.

Через некоторое время ему предложили поучаствовать в эксперименте, который мог бы частично решить проблему его обездвиженности. Для исследования использовали систему BrainGate, разрабатываемую американской компанией Cyberkinetics Neurotechnology Systems.

Имплантаты, наподобие того, что установили Нейглу, уже были успешно протестированы на обезьянах (о некоторых опытах с сенсорами для приматов мы рассказывали тут и тут).

Похожие эксперименты проводились и с людьми, только в опытах использовались электроды, прикладывавшиеся к голове снаружи. К тому же, аппаратура не обладала разнообразной функциональностью (в частности, мы рассказывали о подобном устройстве — инвалидном кресле, управляемом без движений).

Сейчас экспериментаторы предлагают всё новые концепции, которые могут сделать имплантаты более совершенными, устранить имеющиеся в них недостатки (порой, очень и очень серьёзные).

Общий принцип работы такого устройства несложен.

Сигналы, которые формируются в мозге, передаются через сенсор — квадратную пластинку четыре на четыре миллиметра с сотней крошечных электродов. Эти электроды представляют собой крошечные миллиметровые металлические иголочки, проникающие непосредственно в кору мозга.

Этот сенсор контактирует с моторной зоной коры головного мозга, отвечающей за движение левой руки, и соединяется с разъёмом, укреплённым в отверстии в черепной коробке. При попытке совершить какое-то движение в моторной зоне возникает электрический импульс, который передаётся через вживлённые электроды в компьютер.

Когда нужно начать эксперимент и задействовать какое-то внешнее устройство, техник подключает к разъёму кабель, ведущий к компьютеру. Если во время подключения Мэтт попытается представить себе движение собственной руки, то сенсор "подслушает" сигналы двигательных нейронов, которые активируются в тот момент, и передаст их на подключённое устройство, например, монитор или робот-протез.

Первым в мире человеком с мозговым имплантатом и стал 25-летний Мэттью Нейгл. С помощью вживлённого устройства он получил возможность управлять курсором на экране, читать электронную почту, играть в несложные видеоигры и даже что-то рисовать. Ещё он научился переключать каналы и громкость телевизора и шевелить электромеханической рукой (наподобие EMAS, только та рука получала сигналы не от мозга, а от мышц), ни сделав для этого ни одного движения.

Однако в работе с имплантатом учёным пришлось столкнуться с некоторыми неожиданными проблемами.

Одна из таких трудностей состоит в том, что через несколько месяцев сенсоры начинают хуже распознавать сигналы, и причины этого не вполне ясны. Также скоро стало ясно, что нужно задуматься над беспроводной версией устройства. Ведь при использовании "контактного" варианта опасность инфекции существенна. Вдобавок ко всему, имплантат Нейгла требует ежедневной получасовой настройки перед включением.

Наиболее явно недостатки проявляются при манипуляциях с курсором на экране. Такое, казалось бы, несложное действие – переместить курсор и выбрать объект — реализуется не без труда: для передвижения требуется 2,5 секунды (обычный пользователь делает аналогичное перемещение за одну), а попадание на нужный объект происходит только в 73-95% случаев (а в норме — практически 100%).

В одной недавней статье в Nature специалистами из Стэндфордского университета (Stanford University) высказана чуть отличающаяся концепция сенсора, который была бы намного удобней.

Суть идеи заключается в том, что нужно получать сигналы вовсе не от нейронов, ответственных за движение, а из тех зон коры, что отвечают за намерение совершения действий. Это могло бы сделать работу системы намного более быстрой.

К примеру, чтобы сделать что-то с объектом на экране, совсем не нужно двигать к нему курсор – достаточно мысленно назначить нужный объект, находящийся в поле зрения, и курсор сразу же, безо всяких перемещений, окажется там, где нужно.

Также участник этого исследования, профессор Кришна Шеной (Krishna V. Shenoy) добавляет, что этим же способом можно набирать текст (по-видимому, предполагая использование какой-нибудь виртуальной клавиатуры) со скоростью 15 слов в минуту – в четыре раза быстрее, чем можно это делать с помощью аппаратуры Cyberkinetics. О некоем устройстве для мысленного набора текста мы, кстати, недавно рассказывали здесь.

Сейчас эксперимент с Нейглом завершён, и сенсор у него успешно удалили. Но исследования имплантатов, "подслушивающих" мысли и передающих их на внешнюю аппаратуру, не завершены. Сейчас Cyberkinetics проверяет работу системы ещё на трёх добровольцах (их имена не разглашаются) с другими нарушениями функционирования нервной системы.

Многие специалисты считают, что сейчас такая аппаратура слишком далека от внедрения в клиническую практику. Поэтому Cyberkinetics придётся ещё разобраться, стоит ли датчик размещать именно в двигательной коре, и как сделать его более удобным и функциональным.

Впрочем, Тимоти Сёрдженор (Timothy R. Surgenor), президент Cyberkinetics, надеется, что исследования будут продвигаться в том же быстром темпе, и компания сможет приступить к серийному выпуску имплантатов уже в 2008-2009 годах.

Рис. Схема устройства BrainGate (иллюстрация Nature).

По материалам Membrana.ru