Исцеляя паралич

enter image description here

Ученые добились существенного прогресса в восстановлении свободы движения, которую отнимают травмы спинного мозга, используя имплантаты в мозге.

Время появления технологии: от 10 до 15 лет

“Иди, иди!” была мысль, которая проносилась в голове Grégoire Courtine.

Французский нейробиолог наблюдал за макакой, как она агрессивно сгорбилась в конце беговой дорожки. Его команда использовала лезвие, чтобы надрезать половину спинного мозга животного, парализующего его правую ногу. Теперь Courtine хотел доказать, что он может добиться, чтобы обезьяна снова ходила. Чтобы сделать это, он и его коллеги установили записывающее устройство в ее череп, касающееся двигательной зоны коры головного мозга, и ниже травмированной области вокруг спинного мозга животного пришили подкладку гибких электродов. Беспроводное соединение объединило два устройства.

Результат: система, которая считывает намерение обезьяны двигаться, а затем сразу же передает его в виде всплесков электрической стимуляции к ее позвоночнику. Достаточно скоро, правая нога обезьяны начала двигаться. Выпрямляться и сгибаться. Выпрямляться и сгибаться. Она ковыляла вперед. “Обезьяна подумала, а потом бац, и она идет, напоминает ликующий Courtine, профессор из Швейцарского Федерального Института Технологий в Лозанне.

В последние годы, лабораторные животные и несколько человек контролировали компьютерные указатели или роботизированную руку силой мысли, благодаря имплантам в мозге связанным с машинами. Теперь исследователи делают следующий важный шаг к преодолению паралича раз и навсегда. Они по беспроводной сети присоединяют технологию, считывающую сигналы мозга, непосредственно к электрическим стимуляторам на теле, создавая то, что Courtine называет “нейронный байпас” так, что мысли людей снова могут двигать их конечностями.

В этом году я писал о действительно удивительной новой технологии, которая могли бы помочь восстановлению активности парализованных людей. Ее называют по-разному, одно из названий “нейронный байпас” и это невероятно крутая штука.
Возможно вы слышали про эксперименты, где людям вставлялся зонд в мозг, который считывает их мысли и управляет рукой робота, возможно, на экране компьютера. Но то, что происходит сейчас, это то, что ученые соединяют этот зонд и электроды, идущие к рукам или ногам людей. И возвращают им возможность снова двигать конечностями, используя мысли. Эти травмы являются просто разрушительными, до сих пор нет ничего, что можно было бы сделать, чтобы помочь людям восстановить даже простые движения, такие как поднятие вашей руки ко рту, чтобы выпить кружку воды, это был бы огромный прорыв.
Хотя результаты оказались впечатляющими, эксперименты супер интересные, очень трудно свести все это вместе в системе, которая была бы действительно полезной в реальном мире. Итак, я говорю, что на это потребуется еще десять-пятнадцать лет.

В случае с Western Reserve University, в Кливленде, паралитик среднего возраста — он ничем не может двигать, но своей головой и плечо он дал согласие врачам разместить два записывающих имплантата в его мозг, такого же типа какой Courtine использовал в обезьянах. Изготовленные из силикона и меньше, чем почтовая марка, они топорщатся с сотней размером с волос металлических зондов, которые могут “слышать” как нейроны выстреливают команды.

Для того, чтобы закончить байпас, команда Case, под руководством Robert Kirsch и Bolu Ajiboye, также поместили больше чем 16 тонких электродов в мышцы руки и кисти мужчины. В видео эксперимента, можно увидеть как доброволец медленно поднимает свою руку с помощью подпружиненного подлокотника и подготавливает свою руку, чтобы открыть и закрыть ее. Он даже поднимает чашку с трубочкой к своим губам. Без системы он не может сделать ничего из этого.

Просто попробуйте посидеть на ваших руках весь день. Это даст вам представление о сокрушительных последствиях травм спинного мозга. Ты не можешь почесать нос или взъерошить ребенку волосы. “Но если у вас есть это”, говорит Courtine, протягивая руку за красной чашкой эспрессо и поднимая ее ко рту, с преувеличенным актерским движением, “оно меняет вашу жизнь”.

enter image description here
Grégoire Courtine держит две главных части интерфейса устройства
ФОТОГРАФ HILLARY SANCTUARY | EPFL

Результаты Case, до публикации в медицинском журнале, часть более масштабной тенденции, направленной на использование имплантированной электроники для восстановления различных чувств и способностей. Кроме лечения паралича, ученые надеются использовать так называемые нейронные протезы для возвращения зрения с чипами, размещенными в глазах, и, возможно, восстановить воспоминания, потерянные из-за болезни Альцгеймера (смотрите “10 Прорывных технологий 2013: Имплантанты Памяти”).

И они знают, что это может сработать. Рассмотрим кохлеарные импланты, которые используют микрофон для передачи сигналов непосредственно в слуховой нерв, проложенные вокруг нерабочей части внутреннего уха. Видео наивных глухих детей, впервые слущающих их матерей становится вирусным в Интернете каждый месяц. Более 250000 случаев глухоты были излечены.

Но было сложнее переделать нейронные протезы во что-нибудь, что помогает парализованным людям. Пациент впервые использовал мозговой зонд для движения компьютерного курсора по экрану еще в 1998 году. Без этого и нескольких других впечатляющих контролирующих мозг подвигов не было бы никакого более широкого практического использования.Технология остается слишком радикальной и слишком сложной, чтобы выбраться из лаборатории. "Двадцать лет работы и ничего этого нет в клинике!" восклицает Courtine, расчесывая свои волосы. "Мы продолжаем раздвигать границы, но это важный вопрос, если когда-нибудь в этой области появится продукт."

Лаборатория Courtine находится во вращающемся здании из стекла и бетона в Женеве, в котором так же размещается $100 миллионный центр, который швейцарский миллиардер Hansjörg Wyss финансирует специально для решения оставшихся технических препятствий для таких нейротехнологий, как шунтирование спинного мозга. Он нанимает специалистов от производителей медицинских устройств и швейцарских часовых компаний и снабдил их чистыми комнатами, где золотые провода печатаются на эластичные электроды, которые могут растягиваться, как это делают наши тела.

enter image description here
Крупный, считывающий мысли чип, ощетинившийся электродами.

Гибкие электроды, разработанные для имитации спинного мозга.

Глава центра John Donoghue, Американец, который занимался ранними разработками мозговых имплантатов в США (смотрите "Имплантируемая надежда" ) и который переехал в Женеву два года назад. Он сейчас пытается собрать в одном месте огромные технические ресурсы и таланты —квалифицированных нейробиологов, технологов, врачей — необходимых для создания коммерчески успешных систем.

Среди главных приоритетов Донохью — neurocomm, ультра-компактное беспроводное устройство, которое может собирать данные из мозга со скоростью Интернета. "Радио в твоей голове", как Донохью называет это, и "самый изощренный коммуникатор мозга в мире". Прототипы размером со спичечный коробок изготовлены из биосовместимого титана с сапфировым окном. Courtine использовал ранее, громоздкую версию в его тестах с обезьяной.

Какими бы сложными они не были, и как бы медленно не прогрессировали, нейронные байпасы оправданы, потому что пациенты очень хотят их, — говорит Донохью. "Спросите кого-нибудь, если они хотели бы двигать своими собственными руками," говорит он. "Люди предпочитают восстановаить их повседневные ощущения. Они хотят быть реанимированы."
enter image description here
Модель беспроводного устройства нейрокомумникатора, размещенная на черепе.

Источник