Naujas implantas akliesiems įkišamas tiesiai į smegenis

Neuronų veikimo potencialai Rusas Juskalianas

Allí, sako Bernardeta Gómez savo gimtąja ispanų kalba, rodydama į didelę juodą liniją, einančią per baltą kartono lakštą, atremtą ištiestos rankos atstumu priešais ją. Ten .

Tai nėra įspūdingas 57 metų moters žygdarbis, išskyrus tai, kad Gómez yra aklas. Ir ji tokia jau daugiau nei dešimtmetį. Kai jai buvo 42-eji, toksinė optinė neuropatija sunaikino nervų pluoštus, jungiančius Gómez akis su smegenimis, todėl ji visiškai neregėjo. Ji net negali aptikti šviesos.

Tačiau po 16 metų tamsos Gómez buvo duotas šešių mėnesių laikotarpis, per kurį ji galėjo pamatyti labai mažos raiškos pasaulio vaizdą, kurį reprezentuoja švytintys baltai geltoni taškai ir formos. Tai buvo įmanoma dėl modifikuotų akinių poros, užtemdytų ir su maža kamera. Įrenginys yra prijungtas prie kompiuterio, kuris apdoroja tiesioginį vaizdo įrašą ir paverčia jį elektroniniais signalais. Kabelis, pakabintas nuo lubų, jungia sistemą su prievadu, įtaisytu Gómez kaukolės gale, kuris yra prijungtas prie 100 elektrodų implanto regėjimo žievėje smegenų užpakalinėje dalyje.

Bernardeta Gómez, nešiojanti akinius su fotoaparatais. Deja, ji nebeturi smegenų implanto, kuris vis dar yra laikinas prietaisas. Rusas Juskalianas

Tai naudodamas Gómezas atpažino lubų šviestuvus, raides, pagrindines formas, atspausdintas ant popieriaus, ir žmones. Ji netgi žaidė paprastą į „Pac-Man“ panašų kompiuterinį žaidimą, įvestą tiesiai į jos smegenis. Keturias dienas per savaitę eksperimento metu Gómez į laboratoriją nuvedė regintis vyras ir įtraukė į sistemą.

Pirmasis Gómezo žvilgsnis 2018 m. pabaigoje buvo dešimtmečius trukusių Eduardo Fernandezo, Miguelio Hernandezo universiteto neuroinžinerijos direktoriaus Elche mieste, Ispanijoje, tyrimų kulminacija. Jo tikslas: sugrąžinti regėjimą kuo daugiau iš 36 milijonų aklųjų visame pasaulyje, kurie nori vėl matyti. Fernandezo požiūris yra ypač jaudinantis, nes jis apeina akis ir regos nervus.

Daug ankstesnių tyrimų metu buvo bandoma atkurti regėjimą sukuriant dirbtinę akį ar tinklainę. Tai veikė, tačiau didžioji dauguma aklųjų, kaip ir Gómezas, turi pažeistą nervų sistemą, jungiančią tinklainę su užpakaline smegenų dalimi. Dirbtinė akis neišspręs jų aklumo. Štai kodėl 2015 m. bendrovė „Second Sight“, gavusi leidimą parduoti dirbtinę tinklainę Europoje 2011 m., o 2013 m. JAV – dėl retos ligos, vadinamos pigmentiniu retinitu, per du dešimtmečius trukusį darbą tinklainėje perkėlė į žievę. . („Second Sight“ teigia, kad „Argus II“ tinklainės implantą naudoja šiek tiek daugiau nei 350 žmonių.)

Neseniai lankydamasis delnais nusagstytoje Elchėje, Fernandezas man pasakė, kad implantų technologijos pažanga ir tobulesnis žmogaus regėjimo sistemos supratimas suteikė jam pasitikėjimo žengti tiesiai į smegenis. Jis sako, kad informacija nervų sistemoje yra ta pati informacija, kuri yra elektriniame įrenginyje

Regėjimo atkūrimas perduodant signalus tiesiai į smegenis yra ambicingas. Tačiau pagrindiniai principai buvo naudojami žmogaus elektroniniuose implantuose pagrindinėje medicinoje dešimtmečius. Šiuo metu Fernandezas aiškina, kad turime daug elektros prietaisų, sąveikaujančių su žmogaus kūnu. Vienas iš jų yra širdies stimuliatorius. O jutiminėje sistemoje turime kochlearinį implantą.

Eduardo Fernandezas Rusas Juskalianas

Pastarasis prietaisas yra Gómezui sukurto Fernandezo protezo klausos versija: išorinis mikrofonas ir apdorojimo sistema, perduodanti skaitmeninį signalą į implantą vidinėje ausyje. Implanto elektrodai siunčia srovės impulsus į netoliese esančius nervus, kuriuos smegenys interpretuoja kaip garsą. Kochlearinis implantas, kuris pirmą kartą buvo įdiegtas pacientui 1961 m., leidžia daugiau nei pusei milijono žmonių visame pasaulyje kalbėtis kaip įprasta kasdienio gyvenimo dalis.

Berna buvo pirmoji mūsų pacientė, tačiau per ateinančius porą metų implantus įdėsime dar penkiems akliesiems, sako Fernandez, Gómez vadinanti savo vardu. Atlikome panašius eksperimentus su gyvūnais, bet katė ar beždžionė negali paaiškinti, ką mato.

Berna galėjo.

Jos eksperimentas pareikalavo drąsos. Norint įdiegti implantą, reikėjo atlikti smegenų operaciją šiaip sveikam kūnui – visada rizikinga procedūra. Ir vėl jį išimti po šešių mėnesių, nes protezas nepatvirtintas ilgalaikiam naudojimui.

Priepuoliai ir fosfenai

Išgirstu Gómezą prieš ją pamatydamas. Jos – maždaug dešimtmečiu už savo amžių jaunesnės moters balsas. Jos žodžiai yra išmatuoti, jos ritmas yra tobulas, o tonas šiltas, pasitikintis ir pastovus.

Kai pagaliau matau ją laboratorijoje, pastebiu, kad Gómez taip gerai išmano erdvės išdėstymą, jai vos prireiks pagalbos naršant mažame koridoriuje ir prie jo prijungtuose kambariuose. Kai prieinu jos pasisveikinti, Gómez veidas iš pradžių krypsta ne ta kryptimi, kol aš nepasveikinu. Kai ištiesiu ranką paspausti jai ranką, jos vyras nukreipia jos ranką į manąją.

Gómez atvyko atlikti smegenų MRT, kad pamatytų, kaip viskas atrodo praėjus pusei metų po implanto pašalinimo (jie atrodo gerai). Ji taip pat čia susitiko su potencialia antruoju pacientu, kuris yra mieste ir mano apsilankymo kambaryje. Vienu metu per šį susitikimą, kai Fernandezas paaiškina, kaip aparatūra jungiasi prie kaukolės, Gómez nutraukia diskusiją, pakreipia į priekį ir uždeda potencialios klientės ranką ant pakaušio, kur anksčiau buvo metalinis išėjimas. Šiandien praktiškai nėra jokių uosto įrodymų. Ji sako, kad implanto operacija buvo tokia neįvykusi, kad kitą dieną ji atvyko į laboratoriją, kad galėtų prisijungti ir pradėti eksperimentus. Nuo tada ji neturėjo jokių problemų ar skausmo.

Gómezui pasisekė. Ilga eksperimentų, vedančių į sėkmingą jos implantą, istorija turi languotą praeitį. 1929 m. vokiečių neurologas Otfridas Foersteris atrado, kad paciento regėjime gali atsirasti baltos spalvos taškas, jei atlikdamas operaciją įsmeigtų elektrodą į regimąją smegenų žievę. Reiškinį jis pavadino fosfenu. Nuo to laiko mokslininkai ir mokslinės fantastikos autoriai įsivaizdavo vizualinio protezo iš fotoaparato ir kompiuterio į smegenis galimybes. Kai kurie tyrinėtojai netgi sukūrė pradines sistemas.

2000-ųjų pradžioje hipotetė tapo realybe, kai ekscentriškas biomedicinos tyrinėtojas Williamas Dobelle įdėjo tokį protezą eksperimentuojančiam pacientui į galvą.

2002 m. rašytojas Stevenas Kotleris su siaubu prisiminė, kaip Dobelle paleido elektrą, o pacientas nukrito ant grindų, raitydamasis priepuolio. Priežastis buvo per daug stimuliuojant per stiprią srovę – kažkas, pasirodo, smegenims nemėgsta. Dobelės pacientai taip pat turėjo problemų dėl infekcijų. Tačiau Dobelle pardavinėjo savo didelį įrenginį kaip beveik paruoštą kasdieniam naudojimui, kartu su reklaminiu vaizdo įrašu, kuriame aklas vyras lėtai ir netvirtai važiuoja uždaroje automobilių stovėjimo aikštelėje. Kai Dobelle mirė 2004 m., mirė ir jo protezas.

Skirtingai nei Dobelle, kuris paskelbė vaistą nuo aklųjų, Fernandezas beveik nuolat sako tokius dalykus kaip: Aš nenoriu dėti jokių vilčių ir mes tikimės, kad turėsime sistemą, kurią galėtų naudoti žmonės, bet šiuo metu mes tik atliekame ankstyvus eksperimentus. .

Tačiau Gómezas iš tikrųjų matė.

Nagų lova

Jei pagrindinė Gómezo žvilgsnio idėja – prijungti kamerą prie vaizdo kabelio į smegenis – yra paprasta, detalės – ne. Fernandezas ir jo komanda pirmiausia turėjo išsiaiškinti kameros dalį. Kokį signalą skleidžia žmogaus tinklainė? Norėdamas atsakyti į šį klausimą, Fernandezas paima žmogaus tinklaines iš neseniai mirusių žmonių, sujungia tinklaines prie elektrodų, apšviečia jas šviesoje ir išmatuoja, kas atsitrenkia į elektrodus. (Jo laboratorija palaiko glaudžius ryšius su vietine ligonine, kuri kartais skambina vidury nakties, kai miršta organų donoras. Žmogaus tinklainę galima išlaikyti gyvą tik apie septynias valandas.) Jo komanda taip pat naudoja mašininį mokymąsi, kad atitiktų tinklainės elektros išvestį į paprastas vizualines įvestis, kurios padeda jiems rašyti programinę įrangą, kuri automatiškai imituoja procesą.

Kitas žingsnis yra šio signalo paėmimas ir perdavimas į smegenis. Fernandezo proteze, sukurtame Gómezui, kabelinė jungtis jungiasi prie bendro neuro-implanto, žinomo kaip Jutos masyvas, kuris yra tik mažesnis už pakeltą antgalį teigiamame AAA baterijos gale. Iš implanto išsikišę 100 mažyčių elektrodų smaigalių, kurių kiekvienas yra maždaug milimetro aukščio – kartu jie atrodo kaip miniatiūrinis nagų guolis. Kiekvienas elektrodas gali tiekti srovę nuo vieno iki keturių neuronų. Įkišus implantą, elektrodai perveria smegenų paviršių; kai jis pašalinamas, skylėse susidaro 100 mažų kraujo lašelių.

Implantuota matrica turi 100 elektrodų ir primena mažą nagų sluoksnį. Fernandezas

Fernandezas vienu metu turėjo kalibruoti vieną elektrodą, siųsdamas jam vis stipresnes sroves, kol Gómezas pastebėjo, kada ir kur pamatė fosfeną. Visų 100 elektrodų surinkimas užtruko daugiau nei mėnesį.

Mūsų metodo pranašumas yra tas, kad masyvo elektrodai išsikiša į smegenis ir yra arti neuronų, sako Fernandezas. Tai leidžia implantui sukurti regėjimą naudojant daug mažesnę elektros srovę, nei reikėjo Dobelle sistemoje, o tai labai sumažina priepuolių riziką.

Didelis protezo trūkumas – ir pagrindinė priežastis, dėl kurios Gómez negalėjo išlaikyti savo ilgiau nei šešis mėnesius – yra ta, kad niekas nežino, kiek laiko elektrodai gali tarnauti nepažeisdami nei implanto, nei vartotojo smegenų. Fernandezas sako, kad organizmo imuninė sistema pradeda skaidyti elektrodus ir apsupti juos randu, o tai galiausiai susilpnina signalą. Taip pat kyla problemų dėl elektrodų lankstymo, kai kas nors juda. Sprendžiant iš tyrimų su gyvūnais ir ankstyvo Gómezo naudojamo masyvo žvilgsnio, jis mano, kad dabartinė sąranka gali trukti dvejus ar trejus metus, o gal net iki 10, kol nepavyks. Fernandezas tikisi, kad dėl kelių nedidelių pataisymų tai bus pratęsta iki kelių dešimtmečių – tai yra būtina sąlyga medicinos aparatūros daliai, kuriai reikalinga invazinė smegenų operacija.

Galų gale, protezas, kaip ir kochlearinis implantas, turės belaidžiu būdu perduoti savo signalą ir galią per kaukolę, kad pasiektų elektrodus. Tačiau kol kas jo komanda kol kas paliko protezą prijungtą prie eksperimentų – tai suteikia didžiausią lankstumą nuolat atnaujinti techninę įrangą prieš apsisprendžiant dėl ​​dizaino.

Kai skiriamoji geba yra 10 x 10 pikselių, o tai yra apytiksliai didžiausia galima skiriamoji geba, kurią gali pateikti Gómezo implantas, galima suvokti pagrindines formas, tokias kaip raidės, durų rėmas ar šaligatvis. Tačiau veido kontūrai, jau nekalbant apie žmogų, yra daug sudėtingesni. Štai kodėl Fernandez papildė savo sistemą vaizdo atpažinimo programine įranga, kad identifikuotų kambaryje esantį asmenį ir į Gómez smegenis perduotų fosfenų modelį, kurį ji išmoko atpažinti.

Būdamas 25 x 25 pikselių, Fernandezas rašo skaidrėje, kurią jam patinka pateikti, regėjimas yra įmanomas. Kadangi Jutos masyvas savo dabartine forma yra toks mažas ir jam reikia tiek mažai energijos, Fernandezas sako, kad nėra jokios techninės priežasties, dėl kurios jo komanda negalėtų įrengti nuo keturių iki šešių kiekvienoje smegenų pusėje, kad būtų galima matyti 60 x 60 pikselių arba aukštesnė. Vis dėlto niekas nežino, kiek žmogaus smegenys gali priimti iš tokių įrenginių, nebūdamos pervargusios ir nerodydamos televizoriaus sniego ekvivalento.

Kaip tai atrodo

Fernandezas ir jo abiturientas su fotoaparato prototipu buvo prijungti prie kompiuterio. Rusas Juskalianas

Gómez man pasakė, kad ji būtų palikusi implantą, jei jai būtų suteikta galimybė pasirinkti, ir kad ji bus pirmoji eilėje, jei bus atnaujinta versija. Kai Fernandez baigs analizuoti savo masyvą, Gómez planuoja jį įrėminti ir pakabinti ant savo svetainės sienos.

Grįžęs į Fernandezo laboratoriją, jis pasiūlo prijungti mane prie neinvazinio prietaiso, kurį naudoja pacientams tikrinti.

Sėdėdamas toje pačioje odinėje kėdėje, kurią užėmė Gómezas per praėjusių metų proveržio eksperimentą, laukiu, kol neurologas laikys lazdelę su dviem žiedais prie mano galvos šono. Prietaisas, vadinamas drugelio rite, yra prijungtas prie dėžutės, kuri sužadina neuronus smegenyse galingu elektromagnetiniu impulsu – reiškiniu, vadinamu transkranijine magnetine stimuliacija. Pirmas smūgis atrodo, kad kažkas sukrėtė mano galvos odą. Mano pirštai nevalingai susiriečia į delnus. Žiūrėk, pavyko! – sako Fernandezas juokdamasis. Tai buvo jūsų motorinė žievė. Dabar mes pabandysime jums pateikti keletą fosfenų.

Neurologas perkelia lazdelės padėtį ir nustato aparatą greitiems impulsų serijoms. Šį kartą, kai ji užsidega, aš jaučiuosi intensyviai zzp-zzp-zzp , tarsi kažkas naudotų mano kaukolę kaip durų beldimą. Tada, nors mano akys plačiai atmerktos, kažką matau: per mano regėjimo lauko centrą blykčioja ryški horizontali linija kartu su dviem mirgančiais trikampiais, užpildytais tarsi televizoriaus sniegu. Regėjimas išnyksta taip pat greitai, kaip ir atsirado, palikdamas trumpą švytėjimą.

Tai panašu į tai, ką Berna galėjo pamatyti, sako Fernandezas. Išskyrus tai, kad jos žvilgsnis į pasaulį buvo stabilus tol, kol signalas buvo perduodamas į jos smegenis. Ji taip pat galėjo pasukti galvą ir užsidėjusi akinius apsidairyti po kambarį. Tai, ką mačiau, buvo tik vidiniai elektriškai sužadintų smegenų fantomai. Gómez iš tikrųjų galėjo ištiesti ranką ir paliesti pasaulį, į kurį žiūrėjo pirmą kartą per 16 metų.

paslėpti