Цивилизация
Парализованному человеку вернули возможность движения. В последние годы мы все чаще слышим об этом — скоро и удивляться перестанем. Ученые всего мира работают над тем, чтобы улучшить качество жизни людей, потерявших руку или ногу или потерявших способность двигаться. Но такого еще не было: нейрофизиологам Медицинского центра Университета штата Огайо
впервые удалось с помощью сигналов от мозга заставить двигаться не протез, а собственную руку пациента.
23-летний Ян Баркхарт попал в автомобильную аварию четыре года назад и с того времени страдал квадриплегией – параличом обеих рук и ног. Обрести движение хотя бы в одной руке ему помогла разработанная учеными Университета штата Огайо система Neurobridge (нейромост). Они на самом деле выстроили «мост» между мозгом и мышцами руки, поскольку естественный мост — спиной мозг — оказался поврежденным.
Нейрохирурги провели Яну операцию, в ходе которой в кору его мозга — в моторный отдел, который ведает движениями, — вживили тончайшие микроэлектроды. Электроды подходили к тем нейронам, которые обеспечивают движения руки. Чтобы точно определить местоположение электродов, мозг пациента исследовали при помощи функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Она указала, какие области моторной коры активизируются в то время, как пациенту демонстрировали определенное движение руки и он мысленно пытался повторить это движение. Внешние концы электродов размещались на чипе, который закрепили на черепе.
Хотя плашка на черепе с торчащим из нее проводом, конечно, не украшает мужчину, ради возможности двигать рукой можно и потерпеть.
Затем ученым нужно было создать мозг-компьютерный интерфейс, который бы мог преобразовывать электрические импульсы от нейронов мозга в сокращения мышц. Они разработали алгоритм для превращения нейронной активности при представлении того или иного движения в само это движение.
На мышцы руки электрические сигналы передавались при помощи специальной муфты, надетой на предплечье. В ней располагались 200 электродов, контактировавших с мышцами. Электроды стимулировали определенные мышцы, получая команды из мозга. Мышцы сокращались, и рука двигалась.
Но перед тем, как научиться двигать рукой, пациенту потребовалась подготовка, так как за четыре года неупотребления его мышцы атрофировались. Поэтому сначала в течение нескольких месяцев мышцам путем электрической стимуляции возвращали работоспособность.
Само обучение требовало от пациента немалой концентрации, так как
нужно было полностью сосредоточиться на определенном движении и мысленно совершить его, чтобы нейроны послали на интерфейс «мозг--компьютер» правильные сигналы.
Ян Баркхарт говорит, что очень доволен результатом: теперь он может самостоятельно есть, чистить зубы и т.д. Правда, он не может осязать предметы: обратной связи устройство не имеет.
Сегодня отрасль бионических протезов развивается очень бурно, причем в разных направлениях. Созданы совершенные протезы рук и ног, которые получают команды от мышц сохранившейся части конечности и преобразуют их в движения протеза. Бионические искусственные ноги могут подниматься по ступенькам и предугадывать повороты. Искусственные руки способны удерживать яйцо, не разбивая его, завязывать шнурки и совершать прочие тонкие движения. Более того, ученым удалось даже создать обратную связь, которая позволила человеку ощущать форму и текстуру предметов.
Другое направление — создание конечностей, управляемых от мозга при помощи мозг-компьютерных интерфейсов. Для того чтобы преобразовать намерение движения в голове в движение искусственной руки или ноги, можно использовать электроэнцефалографию (ЭЭГ). Этот метод использовал бразильский нейрофизиолог Мигель Николелис.
Он выполнил свое обещание, и первый удар по мячу на чемпионате мира по футболу — 2014 сделал парализованный человек в «экзоскелете», внешнем каркасе конечностей.
Но для более точного управления конечностями приходится регистрировать не ЭЭГ с поверхности черепа (что гораздо проще), а залезать в мозг и вживлять туда электроды. Этот способ уже испытан на парализованной женщине, которая научилась управлять таким способом искусственной рукой.
Остается добавить, что все перечисленное относится к управлению искусственными конечностями. Ученым же из Университета Огайо впервые удалось добиться движения собственной руки пациента.