Каких только котов не сыщешь в Москве! И черных, и прямоходящих, и говорящих. Теперь вот встречайте - в Первопрестольной появился самый настоящий кот-киборг, в мозг которого вставлена электронная матрица. Новоявленного терминатора зовут Резо - сокращенно от Резидента. Он коренной москвич, живет в престижном районе, недалеко от Земляного Вала. И миссия у него весьма почетная - на нем ученые испытывают новейшее устройство, которое в будущем позволит прозреть всем слепым, потерявшим зрение в результате травмы мозга.
Руководитель лаборатории нейрокибернетики Научного центра неврологии РАМН Борис БАЗИЯН - человек, на которого уповают сейчас сотни тысяч инвалидов по зрению, рассказал читателям "МК":
- как можно видеть без помощи глаз;
- как "искры из глаз" помогают слепым;
- зачем нейрокибернетики перевоплощаются в дрессировщиков.
С точки зрения мозга
- Слепота бывает разная. С какими ее видами вы готовы бороться?
- Есть два вида протезов: ретинальные, то есть те, которые имплантируют в сетчатку глаза и заменяют ее "испорченную" часть, и кортикальные - от слова "кортекс", кора мозга. Мы занимаемся как раз кортикальными, предназначенными для тех, у кого оба глаза "потеряли" связь с мозгом. Ведь как человек видит? Допустим, мы наблюдаем какой-нибудь объект. Информация от глаз идет через подкорку в зрительную кору, в так называемое 17-е поле мозга. Там вся информация частично обрабатывается, а потом уже рассылается на доработку в другие участки коры: в височную область, теменную, лобную - для распознавания образов, объектов зрительной сцены, оценки ситуации и принятия решений и в глубинные структуры, туда, где обрабатывается память. Так вот, с помощью кортикального протеза можно проделать все это путешествие вообще без участия глаз!
- Как такое возможно, объясните поподробнее, пожалуйста.
- Кортикальный протез устанавливается не в глаз, а в мозг - в отличие от ретинального. Ведь когда в результате болезней или черепно-мозговых травм отмирает зрительный нерв, что бы ни делали с глазом, человек видеть не будет. Поэтому мы сразу переходим к мозгу и заставляем его "видеть" без помощи глаз. Мы вскрываем череп и попадаем в ту самую 17-ю зону в затылочной части. В нее и вживляется электродная матрица. Это чип размером в несколько десятков квадратных миллиметров.
Сложно даже представить, как на нем помещаются сотни электродов. После имплантации чипа мы снова закрываем отверстие костью. Вроде все как было, но из головы у пациента выведен проводок, соединяющий его мозг с маленькой видеокамерой и мини-компьютером (их можно закрепить потом на очках пациента). Когда слепому показывают какой-то предмет, к примеру букву "С", то первой изображение улавливает та самая видеокамера. Компьютер благодаря сложнейшей математической программе преобразует сигнал таким образом, чтобы раздражались соответствующие электроды в чипе. Чипы эти действуют, в свою очередь, на точки мозга, и только после этой длинной череды манипуляций изображение доходит до человека. Картинка появляется у него в мозге.
- Глаза при этом не задействуются вообще?
- Именно! Человек может видеть при помощи фосфенов. Это те самые блики, точки, звездочки, если хотите, которые мы наблюдаем иногда с закрытыми глазами. Те же самые "искры из глаз" - это все наши фосфены. Согласно определению, фосфен - это зрительное ощущение, которое вызывается в нашем мозге без участия света. Оно может быть спровоцировано физическим, электрическим, химическим или другими раздражителями. Если я начну время от времени раздражать какой-то один электрод установленного в мозге чипа, в соответствии с этой точкой в поле зрения пациента возникнет мерцающий фосфен. И чем чаще мы станем раздражать эту точку, фосфены будут появляться более отчетливо.
- И слепой увидит четкое изображение предмета?
- В первое время он сможет видеть лишь контуры предмета, причем нечеткие. Сначала фосфенные ощущения будут вообще очень сбивчивыми. Но врач подскажет больному: "это буква "С". Со второй попытки он узнает эту букву быстрее, с третьей еще быстрее и т.д., то есть все происходит по тому же принципу, по которому учится видеть новорожденный. Ведь сначала малыш видит все в перевернутом виде, картинка выглядит для него хаотично, но постепенно его зрительная система при помощи тактильных и других ощущений настраивается на новый мир. Так же и слепой человек должен заново научиться видеть с нашим протезом.
Темнота - враг молодежи
- Будут ли существовать ограничения по возрасту для установки такого протеза?
- Скорее всего их смогут устанавливать в основном людям до 50 лет - активным и еще не потерявшим способность обучаться. Конечно, встречаются и 70-летние успешные ученики, но мы сейчас говорим о среднем возрасте пациентов. Кстати, наши опросы показали, что люди преклонного возраста не особо-то и готовы к установке в мозг матрицы. Тем, кто ослеп давно, привычнее жить в темноте, чем при свете каких-то непонятных фосфенов, да еще и с проводками, торчащими из мозга (хотя уже сейчас прорабатывается беспроводной вариант протеза). И их нежелание менять прежний образ жизни понятно. Но есть большая прослойка молодых людей, потерявших способность видеть в результате несчастных случаев. К нам в центр обращаются люди из самых различных уголков страны с просьбой помочь вернуть зрение. Но мы объясняем им, что пока с людьми не работаем - в настоящее время наши исследования проходят только на животных.
- С чем связаны основные трудности?
- С созданием такой матрицы, которая работала бы в мозге в течение хотя бы 15-20 лет. На данный момент это невозможно - ни у нас, ни на Западе нет таких материалов. Те, которые мы вставляем сейчас животным, мозг встречает довольно агрессивно.
- Отторгает?
- Да, и не только, через 12-18 месяцев матрица, выполненная из сложнейшего сплава - это может быть, к примеру, платина, покрытая оксидом иридия, - оказывается буквально разъеденной мозгом. А "барахлить" начинает еще раньше - уже через 5-6 месяцев работы.
- Что же за среда в нашем мозге?
- Да среда в принципе слабощелочная. Тут все зависит от наших действий. Мы каждый электрод раздражаем током, этот ток воздействует на мозг, отчего тот постепенно разрушается. Чтобы не погибнуть совсем, мозговое вещество вынуждено сопротивляться. Так, против имплантированной электродной матрицы (как и против любого другого инородного тела) оно и выставляет защиту. Либо разрушая "интервента", либо просто закрывая его пленкой, как бы отторгая от себя. А если чип заблокирован, значит, нам требуется разряд большей силы, чтобы он смог достучаться до нейронов мозга из своей капсулы. Получается взаимная борьба мозга с матрицей. Задача заключается в том, чтобы чип был долговечным, биосовместимым, и при этом чтобы ни один из тысячи его электродов не разрушал мозг. В последнее время ученые приходят к выводу, что для увеличения срока эксплуатации электродных матриц в десятки, а то и сотни раз на них следует нанести нанопокрытие. На Западе уже испытывают угольные электроды с нанонапылением - результаты превосходят все ожидания, на сегодняшний день это наиболее биосовместимый материал.
- Кстати, не совсем понятно, как протез будет подпитываться электричеством. Где у него будут располагаться батарейки?
- Это не проблема. Аккумуляторы могут находиться в мини-компьютере, в видеокамере, а при беспроводном варианте можно будет подзаряжать систему на расстоянии, используя электромагнитные волны, те, которые используются в современных средствах связи - радио, телевизорах, мобильных телефонах и т.д. Но для наших протезов все это - дело будущего. До него нам, увы, пока далеко. Надо сначала отработать основные, самые необходимые функции.
Игра в свет
- Предположим, вы все-таки научитесь делать долговечные высокоэффективные чипы, обучите пациентов видеть фосфены. Дело остановится на смутных очертаниях предмета или все-таки можно будет достичь четкого изображения окружающего мира?
- Можно. И мы уже сейчас знаем основные принципы работы глаза, по которым будем строить и работу матрицы.
Еще в 1967 году нашими учеными с помощью присоски с лампочкой, укрепленной на склере - наружной оболочке глаза, - было обнаружено, что при осмотре предметов глаза больше всего останавливаются в тех местах объекта, где имеются границы темного и светлого, разрывы границ, их перекрытия и т.д. К примеру, при взгляде на человеческое лицо взор фиксируется в областях глаз, рта, носа, ушей, то есть глаз обозревает наиболее информативные участки изображения. Что же касается, скажем, шеи, то она разглядывающего интересует значительно меньше. А вот если на ней имеется контрастное колье или татуировка - тогда другое дело. При дальнейшем совершенствовании системы кортикальных протезов нам придется учитывать игру светотени, закруглений. Но это, конечно, в будущем. В ближайшее время мы сможем предложить пациентам только контуры изображений, потому что наша чиповая база недоразвита.
- Как ее развить?
- Необходимы тысячи, десятки тысяч электродов, более высокая разрешаемая способность, позволяющая "видеть" все нюансы картинки. Для того чтобы от видеокамеры изображение попало на компьютер и обрабатывалось, нужна программа, алгоритмы к ней. Скорость обработки данных должна быть высочайшая. Ведь первые кортикальные протезы появились еще в 1968 году в Англии. Но пациенты, на которых они испытывались, были прикованы к огромной ЭВМ, обрабатывающей данные. Человек видел букву, но не сразу понимал, что это за буква - на "прозрение" уходило несколько минут.
Терминатор сказал: "мяу"
- Если в Англии еще сорок лет назад ставили опыты на человеке, значит, сейчас в этой области они должны быть далеко впереди нас?
- Исследованиями в этой области занимаются и в США, и в Испании, и в Италии, и в Германии. Даже в Китае и Индии. Что касается техники, электродов - Запад нас обгоняет, ведь у нас нет своего производства. Но в области нейрофизиологии есть такие моменты, в которых западные ученые от нас отстают. В частности, это касается проверки эффективности встроенных в мозг электродов. Мы более продвинутые в плане создания нейрофизиологических моделей. Что представляют собой эти модели? Ну, например, это крыса или кошка с имплантированным в их мозг чипом. Мы проверяем чип либо на долговечность и биосовместимость, либо на функциональность.
- Но в тех же Штатах или в Великобритании тоже проводят такие опыты. Чем же ваши эффективней?
- Вот принесли американцам матрицу и говорят: проверьте на функциональность эту модель. Они вживляют ее в кору мозга обезьянки.
Слабый разряд тока должен вызывать фосфен в определенной точке мозга. К примеру, изображение должно возникнуть в поле зрения справа. Обезьянка действительно переводит глаза направо, и американцы связывают это исключительно с воздействием тока на зону мозга. Но данный результат легко оспорить - ведь нет гарантии, что макака перевела глаза направо не случайно. Произвольная "стрельба" глазами в принципе свойственна и обезьянам, и людям. Я, к примеру, когда разговариваю с вами, делаю в секунду два-три глазных движения.
Но вот похожую матрицу дают нам. Мы также вставляем имплант в мозг животного и раздражаем его током. Но в отличие от обезьяны наш кот Резо делает более убедительные движения - поднимает лапу. А почему он это делает? Объясняю. Изначально нам пришлось заняться дрессурой кота - научить его поднимать лапу при загорающемся пучке света (его лучи просвечивают через черную бумагу с проделанными отверстиями - эффект схож с эффектом фосфенов). Этот навык закрепился благодаря тому, что при каждом загорании фонаря Резо получал корм только после поднятия лапы.
- Получается, кот у вас зрячий?
- Да, фонарь он видел воочию. На следующем этапе мы завязывали ему глаза, имитируя слепоту, и начинали раздражать имплантированные в мозг электроды током. И кот снова начал поднимать лапу. При закрытых глазах у Резо возникли фосфены, которые ассоциировались у него с тем пучком света, который он видел глазами. Выходит, матрица работает очень убедительно.
- Кстати, откуда взялась кличка Резидент?
- Мы начинали наши исследования в рамках создания искусственного интеллекта по заказу Минобороны, поэтому и кота назвали соответствующим образом, как настоящего спецагента. Пытались тогда создать искусственный глаз для разведывательных целей. В идеале это должно было быть беспилотное летающее устройство размером с муху, которое могло бы проникать в любые секретные помещения противника. То, что "видела" бы эта "муха", видел бы и командир какой-нибудь воинской части у себя на компьютере. Но, к сожалению, работа эта остановилась несколько лет назад из-за отсутствия финансирования.
- Вы еще упоминали про крыс. Что вы на них испытываете?
- Их мы не просим поднимать лапы, реагируя на фосфены. На крысах исследуем только долговечность и биосовместимость матрицы. Вскрыв мозг подопытной, можно посмотреть, как разрушается в нем один из самых прочных сплавов. И как матрица постоянными микроударами тока влияет на мозг. Только после того как мы найдем наиболее совершенный материал для этой матрицы, мы рискнем испытать новшество на человеке.
Источник: mk.ru