Портал №1 в России по проблемам людей с инвалидностью
Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям

Архив:

ВrainPort - новое достижение нейротехнологий

О том, что вчера можно было увидеть в фантастических триллерах, сегодня можно не только прочесть на страницах авторитетных научных изданий, но и купить в магазине медтехники. К таким устройствам можно отнести и ВrainPort. И это уже не симпатичный концепт, созданный в графическом редакторе, ВrainPort к концу года планируют запустить в серийное производство.

Впервые об устройстве ВrainPort стало известно в 2006 году и с тех пор время не было потрачено впустую его разработчиками, которые не только усовершенствовали его, но и вплотную подошли к стадии коммерческого производства. Напомним, ВrainPort представляет собой устройство, которое переводит сигналы от встроенной камеры к языку в виде электрических импульсов, причем эти импульсы создают в коре головного мозга зрительные образы. Первые результаты показали, что люди могут вернуть себе значительную часть их осведомленности об окружающем их пространстве и даже читать крупный шрифт.

Американский нейрофизиолог Пол Бах-и-Рита еще в 60-х годах ХХ века предположил, что «...мы видим нашим мозгом, а не глазами». Сегодня новое устройство, предназначенное для частичного восстановления видения для слепых и слабовидящих, подтверждает это предположение.

«Видеть» или «слышать» при помощи тактильных рецепторов можно благодаря огромным пластическим возможностям человеческого мозга. При этом функции интерпретации визуальных сигналов берут на себя участки мозга, для которых эти функции изначально не были свойственны, причем это может происходить не только в период формирования нервной системы, но и у взрослого человека, у которого формируются новые центры, воспринимающие сигналы от тактильных рецепторов и преобразующие их в определенную «картинку».

Исследователи отмечают, что головной мозг довольно быстро обучается «тактильному зрению» и, что интересно, потенциально эта методика может помочь человеку даже превзойти способности зрительного анализатора. Как? Обычно мы воспринимаем окружающие нас предметы как продукт преобразования в зрительном анализаторе магнитных колебаний определенной частоты (т.н. видимая часть спектра). В ВrainPort видеокамера фиксирует именно это, «привычное» для человеческого глаза изображение. Но ведь можно фиксировать не только видимую часть спектра, но и гамма-излучение, виртуальные компьютерные образы, данные GPS-навигаторов, ультразвук и т.п. Чем не Бэтмен? Так что фантастические люди-киборги сейчас - предмет не такого уж далекого будущего.

Однако вернемся к пионеру подобных технологий - устройству ВrainPort. Его прообразом стало устройство, созданное все тем же Полом Бах-и-Рита в 60-х годах прошлого столетия. Это устройство было создано на базе стоматологического кресла, в спинке которого помещались стержни, которые либо давили на кожу спины пациента, либо оставались неподвижными. В движение стержни приводились в зависимости от информации, получаемой от видеокамеры, фиксирующей изображение окружающего пространства. Через некоторое время после начала исследований пациенты начинали интерпретировать данные видеоизображения, передаваемое тактильным рецепторам, как зрительные образы.

Это устройство Пол создал для своего отца, у которого после перенесенного инсульта были поражены участки коры головного мозга, ответственные за зрение. Тогда же Пол создал компанию Wicab, базирующуюся в Мидлтоне, штат Висконсин, которая занимается исследованиями в этой области и по сей день, а результатом ее работы и стал ВrainPort.

Итак, что же собой представляет этот прибор. Если не вдаваться в технические подробности, то ВrainPort - это:

▪ Цифровые видеокамеры, встроенные в солнцезащитные очки.

▪ Базовый блок с процессором (размером примерно с мобильный телефон), принимающий информацию с видеокамер в цифровом виде и преобразующий ее в электрические импульсы.

▪ Массив электродов «Lollipop, который крепится на языке пользователя и на который подаются электрические импульсы с базового блока.

▪ Ручной контроллер, с помощью которого можно настраивать размер изображения, контрастность, силу тока.

Цифровые камеры с диаметром около 1,5 см фиксируют визуальную информацию в диапазоне от 3 до 90 градусов со скоростью 30 кадров в секунду. Затем это изображение преобразуется процессором в электрические импульсы и передается на набор электродов, которые находится на специальной пластине, прикрепленной к языку.

Как уже говорилось выше, эта пластина представляет собой массив электродов «Lollipop» размером 3×3 см, от количества которых и зависит четкость воспринимаемой «картинки». Каждому электроду соответствует три точки-пикселя. Белые точки передают сильные импульсы (соответствуют яркому свету), черные пиксели сигнал вообще не передают, «молчат» (оттенки черного) и серые пиксели передают электрические сигналы средней интенсивности (они соответствуют серым тонам).

Естественно, чем больше будет электродов на пластине, тем больший объем информации можно будет передать к рецепторам языка и тем четче будет «картинка». С другой стороны - тактильных рецепторов на языке много, но количество их не безгранично, при слишком большом количестве электродов мозг не сможет принимать информацию как четкий визуальный образ.

Выглядит все это примерно так:

Статическое изображение:

Оригинал - разрешение 120×120:

100 точек - разрешение 10×10:

625 точек - разрешение 25×25:

3600 точек - разрешение 60×60:

Динамическое изображение: (к сожалению, размещение флеш-анимации здесь недоступно, поэтому пример динамического изображения с ВrainPort можно посмотреть здесь)

В настоящее время специалисты Wicab, Inc работают с массивом электродов количеством от 400 до 600, но, как они утверждают, язык способен воспринимать и гораздо больший массив информации и исследовательская группа компании работает над тем, чтобы определить оптимальное количество точек-пикселей, которые смогут различить тактильные рецепторы языка для создания максимально четкого визуального образа.

И, наконец, при помощи контроллера можно подстроить прибор для максимально комфортного его использования - как параметры видеокамер, так и силу тока в массиве электродов. Обычно пользователи описывают ощущения от него как покалывание пузырьками шампанского.

Все гениальное просто? Конечно, простота и эффективность этого устройства подкупает. Пусть даже черно-белое изображение, выдаваемое в мозг пользователя ВrainPort и не сравнится с огромным количеством цветов и оттенков, яркостью, контрастностью, которые мозг обычного человека получает по более, чем 2 миллионам нервных волокон зрительного анализатора, но для человека, слепого или слабовидящего с момента рождения, это огромное количество информации от внешнего мира. Уильям Сейпл, директор по исследованиям в области зрения научно-исследовательской организации Lighthouse International говорит, что он был поражен тем, на что способно это устройство: «Один парень заплакал, когда впервые в жизни увидел свое первое письмо».

А с помощью ВrainPort его пользователи уже могут видеть дверные проемы, кнопки лифта, крупные буквы и цифры, столовые приборы. Согласитесь, не так уж и мало для человека, до недавнего времени не различавшего даже ярких источников света. И ведь это, по заверениям специалистов Wicab, Inc - далеко не предел.

На обучение прибором у пациентов уходит от 2 до 10 часов занятий, хотя некоторые пациенты начинали воспринимать зрительные образы уже после 15 минут использования ВrainPort. Среди тех, кто испытывал прибор, был и Эрик Вайхенмайер - первый слепой альпинист, покоривший Эверест:

Однако говорить о том, что человек в совершенстве овладел методикой «тактильного зрения» пока еще рано. Механизм «тактильного зрения» до конца не ясен даже самим исследователям. Как честно призналась невролог компании Wicab Эйми Арнольдюссен, «...мы не можем сказать с уверенностью, передается ли информация в зрительную кору головного мозга или образуется новая соматосенсорная зона коры, где интерпретируется связь с тактильными рецепторами языка». Оставляет желать лучшего и четкость изображения, получаемого корой, хотя специалисты Wicab, Inc и обещают улучшить этот показатель.

ВrainPort пока еще не одобрен FDA (Food and Drug Administration - Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств США), а значит и не может использоваться на территории США. Президент и главный исполнительный директор Wicab, Inc Роберт Бекман обещает, что это произойдет в течение месяца и к концу 2009 года ВrainPort будет доступен американским потребителям. Предполагаемая стоимость ВrainPort - около $10 000.

Пусть вас не пугает значительная стоимость ВrainPort. Первые компьютеры тоже стоили огромных денег, а теперь они доступны практически всем. При массовом производстве цена снизится. И снизится значительно, потому, что потенциальных пользователей этого устройства - миллионы. Только в США сейчас более миллиона слепых и слабовидящих людей старше 40 лет. По данным Национального института здравоохранения США это обходится американской казне в сумму около $51,4 млрд в год. Если ВrainPort хорошо зарекомендует себя на практике, то его производство будут финансировать довольно щедро.

Вмешательство в нервную систему человека открывает поистине безграничные перспективы перед медициной. По большому счету, современная медицина «работает» с организмом человека, чья нейрофизиологическая система не изменялась сотни тысяч лет, а теперь появились возможности не только восстанавливать, но и совершенствовать различные органы и системы организма. Предвижу замечания скептиков: «Все эти исследования находятся в зачаточном состоянии и практически не финансируются». Действительно, системы, подобные ВrainPort в настоящее время далеки от совершенства. Однако разработки в области нейротехнологий ведутся все активнее и появляется все больше устройств, пригодных к практическому применению. Кстати, финансирование этих исследований не такое уж и маленькое - по данным аналитиков американской компании NeuroInsights объем рынка нейротехнологий в 2005 году составил около $100 млрд. И с каждым годом объем финансирования растет.

Возможно, люди-киборги появятся и не скоро, но их предшественников мы можем видеть уже сегодня. Будем надеяться, что и многим из нас нейротехнологии дадут шанс жить более полноценно.

Использованы материалы Scientific American и BrainPort Technologies