Проверка электронной почты, рисование изображений и погружение в компьютерные игры у большинства из нас не вызывает никаких затруднений. Нейроинтерфейсная система BrainGate помогает парализованным людям вновь обрести связь с миром
В основу современных нейротехнологий — использования передовых технических решений для изучения мозга — положены методы компьютерной аксиальной томографии и глубокой стимуляции мозга. В процессе глубокой стимуляции медицинские устройства вступают в контакт с мозгом для управления его деятельностью и контроля за состоянием других частей тела.
Такое применение нейротехнологий помогает устранить тремор у людей, страдающих болезнью Паркинсона, а устройства, имеющие форму улитки, способны восстанавливать поврежденный слух. В последнем случае нейротехнологии помогают донести информацию до мозга, в других же, наоборот, обеспечивают извлечение информации из мозговых сигналов путем построения нейронных интерфейсов и каналов связи между мозгом и компьютерным устройством. Достижения в данной области призваны помочь парализованным людям восстановить контакты с окружающим миром.
Мысли на экране монитора
Часть пациентов, принимающих участие в клинических
испытаниях нейроинтерфейсной системы BrainGate, разработанной в компании
Cyberkinetics Neurotechnology Systems, уже сумели обрести связь с миром.
«Многие неврологические нарушения лишают людей возможности передвигаться, но разум их находится в полном порядке, — отметил основатель и научный руководитель Cyberkinetics Джон Донахью, представляя в Бостонском музее науки технологию, разработанную его компанией. — Вспомните о повреждениях спинного мозга, которые фактически отделяют разум от тела. Несмотря на это, сигналы мозга регистрируются и через многие годы после получения травмы».
Для того чтобы преобразовать мысли в действия, необходимо считывать сигналы, пересылающие информационные сообщения от мозга к нервам. За организацию связи между мозгом и телом отвечают нейроны, генерирующие электрические импульсы. Эти импульсы регистрируются в виде всплесков на экране монитора.
«Вся информация, циркулирующая в мозге, базируется на таких всплесках, — подчеркнул Донахью. — Инициируя движение, вы направляете сигналы о своих намерениях от мозга к нервам и мышцам».
«Декодер» для мозга
К сожалению, у парализованных пациентов эти сигналы уже не могут трансформироваться в действия без посторонней помощи.
Технология Cyberkinetics позволяет декодировать электрические импульсы и реализовать соответствующие им замыслы. Участники испытаний одной лишь силой мысли перемещали курсор и воспроизводили слова на экране монитора. Для считывания мозговых электрических импульсов на двигательной области коры головного мозга — отделе мозга, отвечающем за выполнение двигательных функций, закреплялись микроэлектродные датчики.
Датчик, представляющий собой квадратный чип размером с таблетку, вводился в мозг через отверстие в черепе. Внутри у него находилось 100 электродов, толщина каждого из которых не превышала толщины человеческого волоса. Датчик с электродами углублялся в мозг на расстояние 1 мм.
«Единственный способ улавливания сигналов заключается в том, чтобы разместить микроэлектроды как можно ближе к нервным клеткам», — пояснил Донахью.
С помощью золотых проводников датчик подключался к внешнему интерфейсу. Внешний интерфейс соединялся кабелями с тележкой, на которой размещались компьютерные устройства, анализирующие данные мозга и преобразующие их в соответствующую двигательную активность.
Вернуть движение
Подключенные к ПК пациенты, принимавшие участие в клинических испытаниях BrainGate, просматривали электронную почту, перемещая силой мысли курсор на экране монитора. Управление видеоигрой осуществлялось путем мысленного перемещения рычажков на экранном пульте. Еще один пациент смог заговорить, составляя фразы с помощью программы текстового процессора.
Систему BrainGate можно подключать к протезам и другим периферийным устройствам. Один из пациентов силой мысли сжимал и разжимал кулак протеза, захватывая и перемещая объекты при помощи роботизированной руки.
По словам Донахью, в настоящее время система BrainGate находится лишь в начальной стадии своего развития и применяется исключительно в демонстрационных целях. Конечно, у разработчиков имеются весьма амбициозные планы, но для того, чтобы их реализовать, авторам проекта предстоит пройти еще очень долгий путь.
BrainGate открывает перед парализованными людьми реальные возможности. «Наверное, перемещения происходят не слишком элегантно, но для человека, который не в состоянии сделать вообще ничего, это в любом случае немалое подспорье», — подчеркнул Донахью.
В перспективе новую технологию можно применять для восстановления подвижности конечностей, подключая систему BrainGate к роботизированному устройству, надеваемому, к примеру, на парализованную руку. Когда мозг посылает руке сигнал на перемещение, система BrainGate преобразует его в электрические импульсы, приводящие в движение подобные устройства.
Если сегодня система BrainGate помогает инвалидам, то в будущем она может пригодиться и здоровым людям, хотя реализовать такой сценарий, скорее всего, удастся не скоро.
«Существует идея помещать информацию прямо в мозг с целью ее последующего мгновенного использования, — пояснил Донахью. — Таким образом можно было бы, например, преодолевать языковые барьеры, но это дело весьма отдаленного будущего»