Smadzeņu spēks

Nelielā laboratorijā Brauna universitātē Providensas štatā, RI, rēzus makaks sēž krēslā ar skatu pret datora ekrānu un satver ierīces rokturi, kas izskatās pēc buru laivas stūres. Pagaidām pērtiķis izmanto šo ierīci tā, it kā tā būtu datora kursorsvira, lai vadītu vienkāršu videospēli: ekrānā parādās krāsains punkts, un dzīvnieks pārvieto kursoru, lai to satiktu. Tomēr, tiklīdz dzīvnieks labi paveiks uzdevumu, pētnieki blakus telpā pārslēgs slēdzi, un kursoru virzīs signāli tieši no pērtiķa smadzenēm, nevis kursorsviras kustības.

Šis šausminošais varoņdarbs ir iespējams, jo pētnieki Brauna neirozinātnieka Džona Donogjū vadībā pērtiķa smadzenēs ir implantējuši nelielu elektrodu masīvu. Elektrodi pārtver signālus no atsevišķiem neironiem smadzenēs, un speciāli izstrādāts datora algoritms šos signālus pārvērš datora kursora trajektorijās un ātrumos. Tomēr pētnieku ambīcijas sniedzas tālāk par pērtiķiem, kas spēlē videospēles. Viņi cer, ka viņu smadzeņu-mašīnas saskarnes sistēma sniegs muguras smadzeņu traumu vai neirodeģeneratīvu slimību paralizētiem pacientiem jaunas spējas mijiedarboties ar apkārtējo pasauli, izmantojot tikai savu domu spēku.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2002. gada aprīļa numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Donoghue un viņa komanda uzsāka Cyberkinetics 2001. gada jūnijā, lai īstenotu šo redzējumu. Uzņēmums ir viens no pirmajiem, kas radies smadzeņu un mašīnu saskarņu izpētē, kas līdz šim ir bijusi pārsvarā uz nedaudzām akadēmiskām laboratorijām visā pasaulē ( skatiet smadzeņu un mašīnu saskarnes, BĒRNI 2001. gada janvāris/februāris ). Un, lai gan vēl ir daudz darāmā, tāda sistēma kā Cyberkinetics, kas nonāk tieši smadzenēs, teorētiski varētu sniegt paralizētiem pacientiem līdzekļus, lai kontrolētu datorus, robotizētos palīglīdzekļus un, iespējams, pat savus muskuļus. Kiberkinētikas mērķis ir līdz šī gada beigām sākt šīs teorijas testēšanu ar cilvēkiem.

Pērtiķu pētījumos, kas pavērs ceļu cilvēku pārbaudēm, uzņēmums, kurā ietilpst līdzdibinātāji Nikolass Hatsopuls no Čikāgas Universitātes, Brauns MD/PhD students Mijail Serruya un Gerhard Friehs, Providensas Rodailendas slimnīcas neiroķirurgs, koncentrējas uz smadzeņu zona, kas izdod komandas pērtiķa rokai. Friehs vispirms implantē četru milimetru kvadrātveida 100 elektrodu masīvu šajā reģionā, kas atrodas smadzeņu visattālākajā slānī, apmēram pusceļā starp ausi un galvaskausa augšdaļu. Pēc operācijas no masīva caur caurumu dzīvnieka galvaskausā izplūst neliels vadu kūlis; šie vadi ir pievienoti datoram, barojot mašīnā elektriskos signālus, ko rada neironi, kas šauj pie katra elektroda.

Hatsopuls sēž pie datora, kamēr pieslēgtais pērtiķis spēlē video spēli blakus istabā. Masīva uztvertā smadzeņu darbība ekrānā mirgo kā hiperkinētisku EKG līdzīgu grafiku juceklis; ko padara dzirdami no datora skaļruņiem, smadzeņu signāli nosprāgst, čaukst un dauzās kā rīsu Krispies pienā. Hatsopoulos palielina skaļumu. Man nekad nav apnicis to klausīties, viņš saka. Tas tiešām ir kā domu lasīšana, smadzeņu šūnu noklausīšanās, jo pērtiķis par kaut ko domā. Rakstu atpazīšanas programmatūra no smadzeņu fona trokšņa uztver signālu smailes, no kurām katra attēlo vienu neironu, un saista tos ar pērtiķa rokas stāvokli. Apbrīnojamais, saka Donogjū, ir tas, ka ļoti ātri jūs varat uztvert neironu darbību un izvilkt rokas trajektoriju. Patiešām, izmantojot tikai aptuveni trīs minūtes datus no videospēles vingrinājuma, dators var izveidot modeli, kas spēj ekstrapolēt pērtiķa roku kustības tikai no smadzeņu signāla. Kad modelis ir precīzi noregulēts, dators var izmantot smadzeņu signālu, lai reāllaikā vadītu kursoru vai robotu roku.

Šādi daudzsološi rezultāti ir daļa no tā, kas iedvesmoja pētniekus uzsākt kiberkinētiku un virzīties uz klīniskiem pētījumiem. Mēs jau zinām tik daudz; tagad liksim to lietā, saka Serrūja. Kiberkinētikas pirmo cilvēku testu dalībnieki tiks piesaistīti pacientiem, kuri traumas, insulta vai neiroloģiskas slimības dēļ ir pilnībā paralizēti un nespēj pat sazināties, izņemot ar smalkām acu kustībām. Šajos sākotnējos izmēģinājumos uzņēmums implantēs elektrodu bloku, ko ražo Soltleiksitijā, UT bāzētā Bionic Technologies, bet signālu apstrādes aparatūra un barošanas avots paliks ārpus ķermeņa. Ja šie pirmie izmēģinājumi ar cilvēkiem attaisno pērtiķu eksperimentu solījumu, uzņēmums plāno turpināt attīstīt tehnoloģiju, lai izveidotu pilnībā implantējamu ierīci.

Līdz šim tikai viens uzņēmums ir veicis smadzeņu ierakstīšanas implanta testus ar cilvēkiem, lai palīdzētu atjaunot funkciju paralizētiem pacientiem: Atlanta, GA balstīti neironu signāli. Elektrodu bloka vietā uzņēmums implantē divas neirotrofiskas elektrodu stikla caurules, kas satur sīkas stieples un vielu, kas veicina smadzeņu šūnu augšanu ierīcēs. Neirologs un Neironu signālu dibinātājs Filips Kenedijs saka, ka pētījumi, kas sākti 1997. gadā, norit lēnāk, nekā viņš sākotnēji cerēja, taču uzņēmumam līdz gada beigām vajadzētu gūt skaidrus rezultātus. Kiberkinētikas pētnieki tomēr uzskata, ka implantējot 100 elektrodus, nevis tikai divus, viņu sistēma kļūs izturīgāka un ļaus iegūt vairāk informācijas no smadzenēm.

Lai gan nesenais darbs smadzeņu un mašīnu saskarnēs ir iepriecinošs, daži būtiski šķēršļi joprojām ir, saka Viljams Hītderks, Nacionālā veselības institūta neironu protēžu programmas vadītājs, kas palīdz finansēt smadzeņu un mašīnu saskarnes izpēti. Iespējams, ka lielākais izaicinājums, saka Hītderks, ir izveidot saskarni starp ierakstīšanas ierīci (stingru aparatūras daļu) un smadzenēm (smadzeņu masu, kas peld cerebrospinālajā šķidrumā), kas saglabās savu precīzu stāvokli gadu desmitiem, neskatoties uz nelielām smadzeņu kustībām. . Lai gan gan Kenedija, gan Donogjū ierīces liecina par progresu šajā priekšgalā – Kenedija ierīces, mudinot šūnas ieaugt ierīcē un stabilizēt savienojumu, Donogjū ierīces satver smadzenes tāpat kā golfa skavas satver mitro zemi – Hītderks uzskata, ka galu galā varētu būt nepieciešama kāda pieejas kombinācija. . Šobrīd Hītderks saka, ka cilvēku pētījumi vēl var būt nedaudz priekšlaicīgi. Bet acīmredzot tas ir tikai viens viedoklis.

Gregs Licholai, Mineapolisas, MN bāzētā Medtronic, neiroloģiskās nodaļas uzņēmumu un biznesa attīstības direktors, piedāvā atšķirīgu viedokli. Tas patiesi ir izrāviens neiroloģisko traucējumu risināšanā, Licholai saka par Donoghue centieniem. Es nedomāju, ka radīsies problēmas ar pacientu pieņemšanu darbā, un sistēma ir labi pierādīta dzīvnieku modelī. Vienīgā iespējamā kavēšanās ir tas, cik ilgs laiks nepieciešams, lai sagatavotu dokumentus un saņemtu FDA apstiprinājumu šiem agrīnās stadijas izmēģinājumiem.

Kiberkinētikas biznesa vadītājs un vienīgais darbinieks, Brauna bakalaura students Mihails Šapiro, palīdz uzņēmumam meklēt vadības komandu un finansējumu, kas tai būs nepieciešams, lai sakārtotu dokumentus un tiktu veiktas cilvēku pārbaudes. Šapiro un uzņēmuma dibinātāji apzinās, ka saskarsies gan ar biznesa, gan tehnoloģiskām problēmām, taču viņi ir arī pārliecināti, ka, kā saka Hatsopuls, tas ir reāli. Tas patiešām palīdzēs cilvēkiem.

paslēpties