Smegenų galia

Nedidelėje Brauno universiteto laboratorijoje Providense, RI, rezus makaka sėdi ant kėdės atsukusi į kompiuterio ekraną ir laiko įrenginio, kuris labai panašus į burlaivio vairą, rankeną. Šiuo metu beždžionė naudoja šį įrenginį tarsi kompiuterio vairasvirtę, kad valdytų paprastą vaizdo žaidimą: ekrane pasirodo spalvotas taškas, o gyvūnas judina žymeklį, kad jį pasitiktų. Tačiau kai gyvūnas gerai atliks užduotį, gretimame kambaryje esantys tyrinėtojai perjungs jungiklį ir žymeklį valdys signalai tiesiai iš beždžionės smegenų, o ne vairasvirtės judesiai.

Šis baisus žygdarbis įmanomas, nes mokslininkai, vadovaujami Browno neurologo Johno Donoghue'o, į beždžionės smegenis implantavo nedidelį elektrodų masyvą. Elektrodai sulaiko signalus iš atskirų smegenų neuronų, o specialiai sukurtas kompiuterinis algoritmas šiuos signalus paverčia kompiuterio žymeklio trajektorijomis ir greičiais. Tačiau tyrėjų ambicijos apima daugiau nei vaizdo žaidimus žaidžiančias beždžiones. Jie tikisi, kad jų smegenų ir mašinos sąsajos sistema suteiks pacientams, paralyžiuotiems dėl nugaros smegenų traumų ar neurodegeneracinių ligų, naujų gebėjimų bendrauti su juos supančiu pasauliu, naudojant tik savo minčių galią.

Ši istorija buvo mūsų 2002 m. balandžio mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Donoghue ir jo komanda 2001 m. birželį įkūrė „Cyberkinetics“, siekdami šios vizijos. Kompanija yra viena pirmųjų, kuri atsirado tyrinėjant smegenų ir mašinos sąsajas, kurios iki šiol daugiausia buvo perkeltos į keletą akademinių laboratorijų visame pasaulyje ( žr. Smegenų ir mašinų sąsajas, VAIKAI 2001 m. sausis/vasaris ). Ir nors dar reikia daug patobulinti, tokia sistema kaip Cyberkinetics, kuri patenka tiesiai į smegenis, teoriškai galėtų suteikti paralyžiuotiems pacientams priemonių valdyti kompiuterius, robotus ir galbūt net savo raumenis. Kiberkinetika ketina pradėti išbandyti šią teoriją su žmonėmis iki šių metų pabaigos.

Beždžionių tyrimuose, kurie atvers kelią bandymams su žmonėmis, bendrovė, kurią sudaro vienas iš įkūrėjų Nicholas Hatsopoulos iš Čikagos universiteto, Brownas MD / doktorantas Mijail Serruya ir Gerhardas Friehsas, Providenso Rod Ailendo ligoninės neurochirurgas, daugiausia dėmesio skiria smegenų sritis, kuri duoda komandas beždžionės rankai. Friehsas pradeda implantuodamas keturių milimetrų kvadratinį 100 elektrodų masyvą šioje srityje, esančiame atokiausiame smegenų sluoksnyje, maždaug pusiaukelėje tarp ausies ir kaukolės viršaus. Po operacijos iš masyvo pro angą gyvūno kaukolėje išlenda nedidelis laidų pluoštas; tie laidai yra prijungti prie kompiuterio, tiekdami į mašiną elektrinius signalus, kuriuos generuoja šalia kiekvieno elektrodo šaudantys neuronai.

Hatsopoulos sėdi prie to kompiuterio, o prijungta beždžionė kitame kambaryje žaidžia vaizdo žaidimą. Masyvo užfiksuota smegenų veikla mirksi ekrane kaip hiperkinetinių EKG grafikų kratinys; girdimi kompiuterio garsiakalbiais, smegenų signalai trūkinėja, traška ir trykšta kaip ryžių krispies piene. Hatsopoulos padidina garsumą. Niekada nepavargstu to klausytis, sako jis. Tai iš tikrųjų panašu į minčių skaitymą, smegenų ląstelių pasiklausymą, kai beždžionė ką nors galvoja. Šablonų atpažinimo programinė įranga iš smegenų foninio triukšmo atpažįsta signalo šuolius, kurių kiekvienas reiškia vieną neurono šūvį, ir susieja juos su beždžionės rankos padėtimi. Nuostabu, sako Donoghue, tai, kad labai greitai galite pajusti neuronų veiklą ir išgauti rankos trajektoriją. Iš tiesų, naudodamas tik trijų minučių duomenis iš vaizdo žaidimo pratimo, kompiuteris gali sukurti modelį, galintį ekstrapoliuoti beždžionės rankos judesius vien iš smegenų signalo. Kai modelis yra tiksliai sureguliuotas, kompiuteris gali naudoti smegenų signalą, kad realiuoju laiku valdytų žymeklį arba roboto ranką.

Tokie daug žadantys rezultatai yra dalis to, kas įkvėpė tyrėjus pradėti kiberkinetiką ir siekti klinikinių tyrimų. Mes jau žinome tiek daug; dabar panaudokime jį, sako Serruya. Kiberkinetikos pirmųjų bandymų su žmonėmis dalyviai bus uždaryti pacientams, kurie dėl traumos, insulto ar neurologinės ligos yra visiškai paralyžiuoti, net negali bendrauti, išskyrus subtilius akių judesius. Per šiuos pradinius bandymus bendrovė implantuos elektrodų masyvą, pagamintą Solt Leik Sityje, UT įsikūrusioje Bionic Technologies, tačiau signalo apdorojimo aparatinė įranga ir maitinimo šaltinis liks už kūno ribų. Jei pirmieji bandymai su žmonėmis pasiteisins su beždžionėmis, bendrovė planuoja toliau plėtoti technologiją, kad sukurtų visiškai implantuojamą įrenginį.

Iki šiol tik viena įmonė atliko smegenų įrašymo implanto bandymus su žmonėmis, siekdama padėti atkurti paralyžiuotų pacientų funkciją: Atlanta, GA pagrįstas Neural Signals. Vietoj elektrodų matricos įmonė implantuoja du neurotrofinius elektrodų stiklinius vamzdelius, kuriuose yra mažyčių laidų ir medžiagos, kuri skatina smegenų ląsteles augti į prietaisus. Neurologas ir Neural Signals įkūrėjas Philipas Kennedy teigia, kad 1997 m. pradėti tyrimai vyksta lėčiau, nei jis iš pradžių tikėjosi, tačiau iki metų pabaigos bendrovė turėtų turėti aiškių rezultatų. Tačiau kiberkinetikos tyrinėtojai mano, kad implantuojant 100 elektrodų vietoj dviejų, jų sistema taps tvirtesnė ir leis surinkti daugiau informacijos iš smegenų.

Nors pastaruoju metu atliktas darbas smegenų ir mašinos sąsajų srityje teikia vilčių, vis dar yra didelių kliūčių, sako Williamas Heetderksas, Nacionalinio sveikatos instituto nervų protezavimo programos, padedančios finansuoti smegenų ir mašinos sąsajos tyrimus, vadovas. Galbūt didžiausias iššūkis, pasak Heetderkso, yra sukurti sąsają tarp įrašymo įrenginio (standžios aparatūros dalies) ir smegenų (skysčio masės, plūduriuojančios smegenų skystyje), kuri išsaugos tikslią padėtį dešimtmečius, nepaisant nedidelių smegenų judesių. . Nors Kennedy ir Donoghue prietaisai rodo pažangą šioje srityje – Kennedy skatina ląsteles įsilieti į įrenginį ir stabilizuoti ryšį, Donoghue sugriebia smegenis taip, kaip golfo segtukai sugriebia drėgną žemę – Heetderksas mano, kad galiausiai gali prireikti tam tikro metodų derinio. . Šiuo metu, pasak Heetderkso, žmogaus tyrimai dar gali būti šiek tiek anksti. Bet akivaizdu, kad tai tik viena nuomonė.

Gregas Licholai, Mineapolio, MN įsikūrusios Medtronic, neurologinio padalinio rizikos ir verslo plėtros direktorius, siūlo kitokį požiūrį. Tai tikrai proveržis sprendžiant neurologinius sutrikimus, Licholai sako apie Donoghue pastangas. Nemanau, kad kils problemų įdarbinant pacientus, o sistema buvo gerai įrodyta naudojant gyvūnų modelį. Vienintelis galimas sulaikymas yra tai, kiek laiko jiems reikia parengti dokumentus ir gauti FDA patvirtinimą tiems ankstyvojo etapo bandymams.

Kiberkinetikos verslo vadovas ir vienintelis darbuotojas, Browno bakalauras Michailas Shapiro padeda įmonei ieškoti vadovų komandos ir finansuoti, kurių jai reikės, kad būtų sutvarkyti tie dokumentai ir būtų atlikti žmogaus bandymai. Shapiro ir įmonės įkūrėjai supranta, kad susidurs su verslo ir technologiniais iššūkiais, tačiau jie taip pat yra įsitikinę, kad, kaip sako Hatsopoulos, tai yra tikra. Tai tikrai padės žmonėms.

paslėpti