Архив:

Киборгизация против инвалидности

Прогресс в развитии современных нейроинтерфейсов, электроники, точной механики и даже 3D-печати позволят в будущем сделать киборгизацию не причудой техногиков и фанатов киберпанка, а чуть ли не обыденным инструментом для возвращения людей «в строй». Ярким тому примером является Хью Герр. 

Вероятно, кто-то из вас уже слышал об этом руководителе исследовательской группы Biomechatronics из Массачусетского технологического института. Он прославился своими разработками в области бионических протезов. Сам Герр когда-то потерял обе ноги, так что тематика его исследований более чем близка ему. Команде учёных под его руководством удалось создать несколько прорывных образцов протезов. Благодаря собственным изобретениям, Герр до сих пор продолжает заниматься своим давним увлечением — скалолазанием. 

Жизнь и достижения Герра можно назвать идеальной иллюстрацией к фразе «лучший способ предсказать будущее — создать его». В 17 лет он был уже опытным альпинистом, однако во время метели он отбился от группы и три дня провёл на склоне. Когда его нашли, обе ноги были настолько отморожены, что их пришлось ампутировать чуть ниже коленей. В таком возрасте это сломает кого угодно. Да и более зрелым людям подобное несчастье зачастую полностью коверкает жизнь. Однако юноша достойно сдержал удар судьбы: едва зажили швы, как он начал примерять различные модели протезов, чтобы снова вернуться в горы. Однако ничего из того, что он перепробовал, решительно не подходило для этой задачи.

И Герр решил создать свои собственные протезы. Всё его дальнейшее образование оказалось подчинено главной цели. И сегодня, 33 года спустя, Герр ходит, бегает и лазает по горам на разработанных им высокотехнологичных протезах. Более того, на сегодняшний день это одни из самых совершенных конструкций среди бионических искусственных конечностей.

Вполне логично, что Герр является одним из самых авторитетных апологетов использования электромеханических решений для людей, потерявших ту или иную часть тела. И здесь сторонникам биологического (читай, трансплантационного) подхода трудно что-то возразить. 

Сегодня по всему миру учёные и инженеры разрабатывают электронные системы и конструкции, способные так или иначе получать сигналы от человеческого тела, посылаемые утраченным органам и конечностям. Одним из самых многообещающих направлений являются нейроимплантаты. Подключение напрямую к нервной системе позволит вывести киборгизацию на совершенно новый уровень, придать небывалый импульс её развитию. Если исследовательская группа Герра сосредоточилась на управлении искусственными конечностями, то ряд других коллективов работают над… управлением эмоциями. Например, ведутся эксперименты по лечению депрессии (настоящей клинической депрессии, а не хандры) глубокой стимуляцией мозга с помощью имплантированных электродов. Также можно упомянуть работы по имплантации чипов памяти больным, имеющим проблемы с собственной памятью.

Телесное электричество

Во главе угла современной бионики находится постулат о том, что очень широкий спектр недугов и физических недостатков гораздо эффективнее исправлять с помощью «языка» электрических сигналов, посылаемых мозгом. Мы сможем управлять движением тела, настроением и памятью. Возможно, что лет через 50 прогресс в нейроинтерфейсах позволит создать имплантаты и протезы, которые будут полностью брать на себя функции повреждённых и утраченных органов и конечностей.

О роли электричества в передаче управляющих импульсов в нервной системе стало известно ещё в 18 веке. Их источником является головной мозг. Современная медицина почти целиком построена на использовании химических препаратов, которые могут влиять на поведение нейронов и клеток тела. Однако в наступившем 21 веке возможно возникновение новой, электрической медицины, в основе которой будет лежат прямое воздействие управляющими импульсами на нервную систему.

Вернёмся снова к Герру. Его группе удалось добиться очень высокой естественности движений протезов. Ключ к этому заключается в записи и расшифровке импульсов, посылаемых от мозга к мышцам. Ниже изображён один из ранних бионических протезов, разработанных под руководством Герра.

Подобная схема управления протезом, — через промежуточное считывание сигналов мышцы, — имеет свои недостатки. В идеале, лучше всего получать управляющую информацию напрямую от нервной системы и сразу транслировать её протезу. Это позволит многократно увеличить точность движений и быстроту реакции. Кроме того, возникнет возможность обратной связи, то есть передачи в нервную систему данных от самого протеза. Когда человек сможет протезом осязать окружающий мир, это станет величайшим прорывом в бионике.

При этом ряд последних образцов бионических протезов уже демонстрируют великолепную точность и аккуратность движений:

Глубокая стимуляция мозга

В отличие от физических недостатков, когда существует граница «до/после», больные депрессией не могут выделить момент, когда началась их болезнь. Зачастую они даже не считают себя больными. Депрессия — это состояние разума, в котором можно находиться годами, не испытывая не малейшего удовольствия от жизни, не видя надежды.

Как уже было сказано выше, одним из экспериментальных методов лечения депрессии является DBS, глубокая стимуляция мозга. В зоны, ответственные за депрессивное состояние, вживляются электроды, на которые подаются определённые электрические импульсы. Это пока неизведанная область применения DBS. В разных странах ведутся исследования возможности лечения DBS не только депрессии, но целого спектра неврологических и психиатрических расстройств, включая обсессивно-компульсивное расстройства и посттравматические синдромы. Однако учёные пока мало знают о том, какие именно области в нашем мозге «ответственны» за подобные заболевания.

Первые результаты обнадёживают: люди, которым вживили экспериментальные образцы, сразу же отмечают улучшение своего эмоционального состояния, как только устройства включали. И после окончания экспериментального периода большинство захотели оставить DBS-имплантат работающим. И это нельзя отнести к действию плацебо, поскольку когда батареи садились, то наблюдалось ухудшение состояния подопытных. 

Гораздо дальше удалось продвинуться в сфере управления моторными функциями. В частности, в мире уже около 100 000 больных с синдромом Паркинсона, которым DBS помогает справиться с тремором. Очень впечатляющая демонстрация эффективности технологии:


Память и мышление

Вполне возможно, что через те же 50 лет киборгизация станет выгодна с точки зрения экономики. С увеличением продолжительности жизни и продлением рабочего возраста всё большее влияние на пополнение бюджета будут оказывать различные возрастные недуги. В том числе, естественное ухудшение памяти и мыслительных способностей. И не исключено, что дешевле будет имплантировать «когнитивные протезы», чем лет 20 ухаживать за пациентами со старческим слабоумием. 

Сегодня ведутся исследования возможности лечения болезни Альцгеймера с помощью имплантатов памяти. В частности, профессор Теодор Бергер проводил опыты по вживлению электродов в гиппокамп мозга крыс, раздел, который отвечает за запоминание информации. Бергеру удалось выделить два вида сигналов: от нейронов, обрабатывающих текущий полученный опыт, например, какой рычаг нужно нажать крысе, чтобы получить сладкое угощение; а также сигналы от нейронов, посылающих информацию в зону мозга, отвечающую за память. После составления карты взаимосвязей, можно будет записывать входные сигналы и предсказывать соответствующие импульсы запоминания. Более того, Бергер уже проводил опыты по записи в мозг крысы фальшивых воспоминаний о том, какой рычаг активирует выдачу лакомства. Фальшивое не в смысле «ошибочное», просто воспоминания были внедрены крысе, которая ещё не участвовала в опыте с рычагами. 

Более того, исследовательская группа Бергера уже проводила подобные опыты с приматами, а в ближайшие несколько лет они надеются проделать тоже самое и на людях. Профессор уверен, что через 50 лет старики будут просто включать имплантированный модуль памяти, чтобы вспомнить, куда они дели ключи или как зовут их внуков. После такого прогноза в голову сразу приходят многочисленные фантастические книги и фильмы, в которых обыгрываются фальшивые воспоминания у главных героев.

Экзистенциальные опасения

Вполне естественно, что энтузиазм учёных вроде Герра и Бергера относительно нашего киборгизированного будущего далеко не всегда вызывает энтузиазм у обычных людей, которым это самое будущее и пророчат. Многих пугает сама мысль, что в их тело будет вживлена какая-то железка с микросхемами. Причём одно дело протез, и совсем другое, когда нам обещают массово что-то имплантировать в мозг. На этих страхах держатся такие философские вопросы, как останется ли киборг человеком, если больше половины его тела будет заменено искусственными компонентами?

Сторонники киборгизации уверены, что подобная рефлексия исчезнет сама собой по мере развития технологий и привыкания общества. Особенно когда будет появляться всё больше и больше довольных пациентов, которым различные бионические устройства вернули радость бытия и полноценность существования. 

В ответ на это звучат опасения другого плана: как только технологии достигнут достаточно высокого уровня, то возникнет широкий спрос на бионические имплантаты и протезы не только со стороны инвалидов и больных. Найдётся немало совершенно здоровых людей, которые пожелают стать киборгами ради расширения физических возможностей своего тела. Особенно сильна эта тенденция может быть среди тех, кто уже приближается к старости. Представьте, что годам к 50 у вас уже нет былой гибкости и свободы в суставах и связках, а ваш друг заменил себе руку на искусственную, апгрейдит её раз в несколько лет и чувствует себя как мальчик. Здесь кто угодно задумается.

Про бионические имплантаты памяти и говорить нечего, спрос на них будет явно зашкаливать. Мы подготовлены к этому элементу киборгизации, пожалуй, даже больше, чем к протезам, благодаря всё той же фантастике. Одним из ярких примеров является персонаж Саймон Иллиан из книжного цикла писательницы Лоис МакМастер Буджолд о Майлзе Форкосигане. Иллиану в молодости был вживлён чип эйдетической памяти, благодаря которому он мог с кинематографической точностью вспомнить каждую секунду своей жизни. В реальности же свободное распространение бионических чипов может привести к появлению своеобразной касты людей с более высокими когнитивными способностям. Они будут способнее в учёбе и карьерном продвижении, что может в результате привести к появлению нового социального класса киборгов, которые станут конкурировать с традиционным высшим классом за управление миром. Последствия будут непредсказуемы, от полного запрета на бионику до формирования верховной касты людей, которым была дарована возможность улучшить своё тело и разум с помощью высоких технологий.

Запчасти для людей

Двадцать лет назад у жителя штата Миннесота Аллена Здерада начало стремительно портиться зрение. Виной этому стало неизлечимое заболевание сетчатки глаза под названием пигментный ретинит, которое за десять лет полностью лишило Аллена зрения. В трогательном видео на YouTube, опубликованном 17 февраля 2015 года, Аллен впервые за двадцать лет после страшного диагноза видит свою жену. Помогает ему в этом система Argus II производства компании Second Sight, внешне похожая на громоздкие очки. Аппарат транслирует световые сигналы прямо на зрительный нерв, обходя повреждённую болезнью сетчатку и помогая слепому человеку различать формы и очертания предметов, распознавать движение и свет.

В 1955 году Станислав Лем написал рассказ «Существуете ли вы, мистер Джонс?», в котором рассказал историю гонщика из будущего, в результате многочисленных аварий потерявшего или повредившего себе поочерёдно все конечности и внутренние органы и вынужденного заменить их имплантами-протезами. В какой-то момент Гарри Джонс оказывается в долговой яме из-за дороговизны устройств, заменивших ему руки, ноги и даже мозг, однако разбирательство против него в суде заходит в тупик, ведь Джонс по всем признакам уже машина, на которую и в суд не подашь и долги не взыщешь.

Обозреватель TJ Иван Талачёв выяснил можно ли будет в ближайшем будущем повторить судьбу мистера Джонса, ну или хотя бы установить себе в голову какой-нибудь чип.

Ловкость рук

Для тех, кто всю жизнь мечтал иметь стальные руки, как у героя игры Mortal Kombat Джекса, есть хорошие новости. В конце февраля троим австрийцам провели операцию по бионической реконструкции или в данном случае замене рук на бионические протезы. Все трое ранее получили травмы конечностей, приведшие к инвалидности, но после операции щеголяют стильными чёрными имплантами, словно из фильма про киборгов.

Уникальность этой операции в том, что для обеспечения связи мозга с новоприобретённой конечностью врачи использовали нервную и мышечную ткань с ног самих пациентов. До этого бионические протезы рук в основном управлялись, как бы это абсурдно ни звучало, вручную, то есть в помощью переключателей и других органов управления. Протезы, используемые в рамках этого эксперимента управляются пациентами так же, как и обычные руки.

Милорад Маринкович

Один из реципиентов, Милорад Маринкович, утверждает что управление бионической рукой не требует привычки, она немного отстаёт от его здоровой конечности в скорости реакции и мелкой моторике (может аккуратно держать куриное яйцо, но на гитаре, например, не поиграешь) и сетует на то, что у протеза нет никакой чувствительности.

Другая особенность операции подобного рода — необходимость пожизненно принимать иммунодепрессанты, специальный комплекс препаратов, мешающих организму отторгать бионический протез, который иммунная система всё равно будет воспринимать как чужеродный объект. Но, скорее всего, ежедневный приём таблеток не такая большая цена за возможность снова выполнять простейшие действия и, как рассказывает Маринкович, позволить сыну хвастаться в школе что его отец — робот.

Шевели извилинами

Исследование The Wall Street Journal от 2014 года рисует фантастическую картину будущего, в котором люди со специальными мозговыми имплантами получат невероятные, сверхчеловеческие способности.

Чип, соединённый с гиппокампом — отделом мозга, отвечающим за память, позволит в точности воспроизвести любой прочитанный текст или больше никогда не забывать, где лежат ключи, куда-то небрежно брошенные вечером предыдущего дня. Специальный мозговой интерфейс сможет по желанию пользователя считать из его потока мыслей фразу, отправить её в поисковик и принять обратно статью из «Википедии», которая тут же окажется у него в голове.

Использование руки робота для более точной установки импланта

Наступит такое невероятное будущее еще сравнительно нескоро. Ученые борются с большим количеством препятствий на пути к миру технологий, которым не понадобятся дисплеи и не потребуются клавиатуры, потому что вся информация будет приниматься и отправляться непосредственно мозгом.

Во-первых, любое мозговое имплантирование связано с неприятным процессом бурения отверстий в черепной коробке. Неинвазивные способы чтения сигналов, вроде шлемов NeuroSky, позволяющих читать мозговые волны без участия хирургической дрели, по эффективности пока сильно отстают от прямого контакта с тканями.

Да и последний не является гарантом успешной работы с мозгом напрямую, поскольку сохраняется риск инфекции, кровоизлияний и прочих смертельно опасных неприятностей. Под вопросом даже надежность физической установки подобных имплантов: нельзя забывать что мозг не закреплен в черепной коробке намертво и качается в ней с каждым движением.

Во-вторых, современная нейробиология до сих пор испытывает затруднения, отвечая на некоторые простейшие вопросы о работе мозга. Он настолько сложен, что не очень ясно как он, например, превращает желание кинуть мяч в последовательность движений и передаёт приказы на их выполнение телу и мышцам. А взаимодействовать с таким сложным органом как мозг, недостаточно зная о принципах и механизмах его работы — не самая лучшая идея.

Так или иначе, технологии мозговых имплантов уже сегодня помогают бороться с депрессией и эпилепсией. Маленькие электроды, вживляемые в мозг, электрическими микроударами приводят нейроны отдельных отделов мозга в действие и тем самым препятствуют ухудшению моторных функций у больных болезнью Паркинсона. Хочется надеяться, что дело со временем все-таки дойдет до улучшений памяти, встроенных в мозг терминалов для выхода в интернет или сеансов Skype прямо через зрительный и слуховой нерв.

В моей шкуре

Самой спорной технологией в мире модернизации человеческого тела с помощью электроники являются вживляемые под кожу RFID-импланты. С одной стороны, это лучшие друзья человека, ключи, которые невозможно потерять. Подкожный чип размером с ноготок и дверь домой откроет и машину заведет, и покупки оплатить поможет. Он заменит одновременно связку ключей, паспорт, медицинскую карточку и бумажник: всё это можно безболезненно вшить прямо внутрь ладони.

RFID-имплант

C другой стороны, стоит добавить в подкожный чип GPS и из универсального идентификатора он тут же превратится в угрозу тайне личной жизни. Пока что никаких подобных проектов запустить не удалось, на рынке просто нет имплантируемых подкожно устройств с возможностью GPS-трекинга, так что сторонникам теорий заговоров про имплантируемые чипы слежения можно выдохнуть спокойно. Однако применений такому чипу могло бы найтись невероятное количество, например, наблюдение за заключёнными во время отбывания наказания или условного срока.

Пока что киберпанк-будущее из кинофильмов и игр с аугментациями и кибернетическими имплантами остаётся для человечества лишь далёкой фантазией. Установить себе руки, которыми можно пробивать насквозь бетонные стены, подобно главному герою игры Deus Ex: Human Revolution, получится ещё нескоро. У каждого человека есть время точно определиться, последовать ли примеру мистера Джонса и при первой же возможности заменить все органы их улучшенными версиями или наоборот, остаться с тем, что даровано природой

Источник: Geektimes

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ