Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

История нейрокомпьютерных интерфейсов

Следуя идее о том, что информация в нервной системе передаётся в виде электрических сигналов, распространяющихся по нейронам, учёные не могли не прийти к мысли о возможности непосредственного взаимодействия нейронов с электронными устройствами, например, компьютером. Так родилась идея Нейрокомпьютерного интерфейса (НКИ), называемого также «прямой нейронный интерфейс», «мозговой интерфейс», интерфейс «мозг – компьютер».

С помощью НКИ можно либо принимать электрические сигналы от нейрона, либо посылать сигналы к нему.

Но, всё началось задолго до того, как появились нейронные сети и даже компьютеры. В далёком 1925 году Вальтер Рудольф Гесс талантливый швейцарский нейрофизиолог исследовал вегетативную нервную систему. В своих экспериментах на кошках в 1925—1940 годах он первым применил вживляемые электроды, которые вводил в точно определённые зоны промежуточного мозга. Когда послеоперационная рана заживала, можно было возбуждать слабым током его определённые участки или даже разрушать их, наблюдая за последствиями.

Естественно, раздражение различных зон приводило к различным эффектам – от сокращения мышц, поднимающих шерсть, до погружения в сон, выделения слюны и изменения частоты сердечных сокращений. В общем, всего того, что контролируется вегетативной нервной системой.

Его фундаментальный труд на основе двадцати пяти лет исследований связей участков промежуточного мозга с функциями вегетативной нервной системы – «Функциональная организация промежуточного мозга» опубликованный в 1948 году, остаётся актуальным и сегодня.

Нобелевская премия не заставила себя ждать. Уже в 1949 году Гесс разделил её с печально известным Эгашем Монишем изобретателем лейкотомии. К счастью для людей, но не для кошек, жертвами экспериментов Гесса стали только животные.

До 1950-х годов технологические ограничения не позволяли регистрировать единичные нервные импульсы у людей во время нейрохирургических процедур. Аппаратура для записи данных внутриклеточного микроэлектрода Алана Ходжкина образца 1952 года, как, впрочем, и метода фиксации потенциала были слишком громоздкими, чтобы их можно было реализовать в ограниченных условиях операционной. Разработка внеклеточных стеклянных микропипеточных электродов в 1955 году открыла такую возможность. Уорд и Томас (Ward and Thomas) сообщили что сумели зарегистрировать единичные потенциалы действия у пациента с эпилепсией с помощью стеклянных микропипеток, заполненных раствором хлорида калия. Сам факт такой процедуры оказался главным их достижением, поскольку расшифровать запись они не смогли. Стеклянные микропипетки были хрупкими и могли использоваться только в течение ограниченного времени операции, а полученные записи были искажены эффектом наркоза.

Имплант Родригеса Дельгадо в истории корриды

В 1950-х годах экспериментами Гесса вдохновился Хосе Дельгадо (Хосе Мануэль Родригес Дельгадо). В своих первых экспериментах он вживлял электроды в мозг животным и записывал сигналы, поступающие из мозга, а также изучал реакции на раздражающие импульсы, идущие в мозг. Аппаратура была громоздкая, ограничивала движения подопытных, а места́ ввода были подвержены инфекциям. Поэтому, Дельгадо спроектировал имплантируемый прибор, управляемый по радио, который он назвал стимосивером. Кстати ему же принадлежат изобретение ранней версии кардиостимулятора и имплантируемого «Хемитрода», который мог впрыскивать точные дозы лекарств непосредственно в конкретные области головного мозга.

Стимосивер по мнению Родригеса Дельгадо, можно было бы использовать для стимуляции эмоций и контроля поведения, а сами «передатчики мозга» могли бы оставаться в голове человека на всю жизнь.

Используя стимосивер, Родригес Дельгадо не только стимулировал эмоции, но и мог вызвать специфические физические реакции. Эти реакции, такие как движение конечности или сжатие кулака, возникали, когда Дельгадо стимулировал соответствующие участки моторной коры.

Некоторые его коллеги полагали, что одной из самых многообещающих находок Родригеса оказалась область, при стимуляции которой появлялось чувство сильной эйфории. Это чувство иногда было на столько сильным, что могло заглушить физическую боль и депрессию. Однако, Дельгадо свернул исследования в этом направлении, поскольку терапевтическое преимущества имплантатов были ненадёжными, а результаты повторных опытов широко варьировались от пациента к пациенту и были непредсказуемыми.

Самый же известный случай применения стимосивера на практике был продемонстрирован на ранчо по разведению быков в Кордове (Испания). Родригес Дельгадо с красным плащом вышел на арену к быку, которому в мозг был имплантирован стимосивер. Бык атаковал исследователя, но отступил, едва Дельгадо нажал на кнопку пульта дистанционного управления. Дельгадо утверждал, что это его стимулятор заставил быка смирить свой агрессивный инстинкт.

Будучи любителем театральных эффектов, он записал этот трюк на киноплёнку, так что, его можно увидеть и сегодня. В 1963 году New York Times опубликовала эксперименты Родригеса Дельгадо на первой полосе.

Ему предложили написать книгу «Физический контроль над разумом: к психо-цивилизованному обществу» в качестве сорок первого тома из серии книг под названием «Мировые перспективы». В своей книге Родригес Дельгадо рассуждал, как человечеству удалось приручить и цивилизовать окружающую природу, и утверждал, что пришло время цивилизовать наше внутреннее существо. Книга вызвала споры с момента её публикации. Тон книги был вызывающим, а философские рассуждения спорными. Призывы автора к снижению агрессии и созданию более доброжелательного и счастливого человека, откровенно противоречили нормам морали и религиозным канонам.

Хосе Родригес Дельгадо продолжил публиковать свои исследования и философские идеи в статьях и книгах в течение следующей четверти века. Всего им написано более 500 статей и шесть книг. Его последняя книга «Счастье» вышла в свет в 1989 году и пережила 14 изданий.

В последние годы его исследовательская программа сошла на нет, сопровождаемая противоречиями, из-за отсутствия финансирования и главное из-за сложности мозга, который был не так восприимчив к простому подключению к техническим устройствам, как предполагал Дельгадо.

Тем временем учёные с более скромными намерениями, которые хотели просто расшифровать сигналы мозга, а не модернизировать цивилизацию нейроимплантами, продолжали вставлять провода в головы лабораторных животных. К 1980-м годам нейробиологи выяснили, что, если, используя имплантат записывать сигналы от групп клеток, а затем усреднять все их срабатывания вместе, то можно достаточно точно выяснить намерение исследуемого животного. Что само по себе многие считают, важным шагом на пути к разработке протезов, управляемых мозгом.

Но традиционные мозговые имплантаты, имели серьёзный недостаток: сигналы, которые они улавливали, были крайне нестабильными. Со временем электроды покрываются рубцовой тканью и их сигналы исчезают полностью. А поскольку мозг представляет собой желеобразную среду, клетки иногда выходят за пределы досягаемости для записи или просто разрушаются от соприкосновения с острым краем микроэлектрода.

История Фила Кеннеди

Прорыва в решении этой проблемы добился Фил Кеннеди (Philip R. Kennedy). Его идея заключалась в том, чтобы втянуть мозг внутрь электрода, чтобы электрод оставался надёжно закреплённым внутри мозга. Для этого он прикреплял концы золотых проводов с тефлоновым покрытием внутри полого стеклянного конуса. В то же крошечное пространство он вставлял ещё один важный компонент: тонкий срез седалищного нерва. Эта крошка биоматериала должна была провоцировать близлежащие нервные ткани втягиваться в конус.

Отпала необходимость вонзать оголённый провод в кору головного мозга. Дизайн стеклянного конуса, казалось, давал невероятные преимущества. Теперь исследователи могли оставлять свои провода на месте на долгое время. В отличие от стеклянных микропипеточных электродов Уорда и Томаса не предполагалось исследовать единичные потенциалы действия отдельных нейронов. Конусы Кеннеди регистрировали электрическую активность небольших участков мозга.

Кеннеди назвал своё изобретение нейротрофическим электродом. Его детище определило всю дальнейшею карьеру Фила Кеннеди в нейробиологии да и судьбу тоже.

Вскоре после своего открытия, он оставил академическую должность в Технологическом институте Джорджии и основал биотехнологическую компанию под названием Neural Signals. В 1996 году, после многих лет испытаний на животных, Neural Signals получила разрешение на имплантацию конических электродов Кеннеди пациентам-людям в качестве последнего шанса помощи тем, у кого не было другого способа двигаться или говорить.

А в 1998 году Кеннеди и его коллега, нейрохирург Эмори Рой Бакей, приняли пациента, который сделал их научными знаменитостями.

52-летний Джонни Рэй перенёс инсульт у основания мозга. В результате он оказался на искусственной вентиляции лёгких, прикован к постели и полностью парализован (за исключением лёгких подергиваний мышц лица и плеча). Он мог ответить на простые вопросы, дважды моргнув – «да» и один раз – «нет».

Поскольку мозг Рэя потерял связь с телом, Кеннеди попытался забраться к нему в голову. Кеннеди и Бакай поместили электроды в первичную моторную кору мозга Рэя, участок ткани, который контролирует основные произвольные движения. Они выбрали идеальное место, предварительно поместив Рэя в аппарат МРТ и попросив его представить, как движется его рука. Затем они установили имплантат в то место, которое наиболее ярко высвечивалось на его снимках фМРТ. Когда конусы были на месте, Кеннеди подключил их к радиопередатчику, имплантированному прямо под скальпом.

Три раза в неделю Кеннеди работал с Рэем, пытаясь расшифровать волны его моторной коры, а затем превратить их в действия. Со временем Рэй научился модулировать сигналы от своего имплантата, просто думая. Когда Кеннеди подключил его к компьютеру, тот смог использовать эти модуляции для управления курсором на экране (хотя и только вдоль линии слева направо). Затем он дёргал плечом, чтобы вызвать щелчок мышью. С такой настройкой Рэй мог выбирать буквы на экранной клавиатуре и очень медленно составлять слова.

Несколько недель спустя Кеннеди представил свои результаты на ежегодной конференции Общества нейробиологии. Этого было достаточно, чтобы «Удивительная история Джонни Рэя» печатающего мысленно разнеслась по всему миру.

Казалось учёный, был на пороге чего-то грандиозного. Но когда он с коллегами в 1999 и 2002 годах установили мозговые имплантаты ещё двум парализованным пациентам, их случаи не продвинули проект вперёд. Разрез одного пациента не закрылся, и имплантат пришлось удалить; болезнь другого прогрессировала так быстро, что «нервные записи» оказались бесполезными. Первый пациент – Рэй умер от аневризмы мозга осенью 2002 года.

Тем временем, другие лаборатории сообщали о прогрессе с мозговым управлением протезами, но они использовали техники отличные от конусов Кеннеди, как правило, небольшие микрочипы в несколько квадратных миллиметров площади и с десятками голых проводов, торчащих вниз в мозг. В войне форматов электроды выглядели устаревшими: жизнеспособная, многообещающая технология, которая в конечном итоге не прижилась.

От других учёных, работающих над интерфейсами мозг-компьютер Кеннеди отличало не только оборудование. Большинство его коллег было сосредоточено на прототипе нейроуправляемого протеза, который щедро финансировал Пентагон: имплантат, который поможет пациенту (или раненому ветерану) использовать протезы конечностей. К 2003 году лаборатория Университета штата Аризона поместила в мозг обезьяны набор имплантатов, которые позволили животному поднести кусочек апельсина ко рту с помощью управляемой разумом роботизированной руки. Несколько лет спустя, исследователи из Университета Брауна сообщили, что два парализованных пациента научились использовать имплантаты для управления руками роботов с такой точностью, что можно было сделать глоток кофе.

Но Кеннеди гораздо меньше интересовали роботизированные руки, чем человеческие голоса. Ментальный курсор Рэя показал, что запертые в себе пациенты могут делиться своими мыслями через компьютер, даже если эти мысли текут, как смола, со скоростью три символа в минуту. Что, если бы Кеннеди смог создать интерфейс мозг-компьютер, сигнал которого плавно передавался бы, как речь здорового человека?

Во многих отношениях Кеннеди принял гораздо более серьёзный вызов. Человеческая речь намного сложнее любого движения конечности. То, что нам кажется основным действием – формулирование слов – требует скоординированного сокращения и расслабления более 100 различных мышц, от диафрагмы до мышц языка и губ. Чтобы построить рабочий речевой протез, подобный тому, что представлял Кеннеди, учёный должен был найти способ прочитать всю сложную оркестровку вокального языка на выходе нескольких электродов.

И вот в 2004 году, Кеннеди попробовал что-то новое, когда он вставил свои имплантаты в мозг последнего пациента, молодого человека по имени Эрик Рэмси. На этот раз Кеннеди и Бакай не размещали конические электроды в той части моторной коры, которая контролирует руки и кисти. Они протолкнули провода дальше – в тот участок мозга, который посылает сигналы мышцам губ, челюсти, языка и гортани.

Используя это устройство, Кеннеди научил Рэмси воспроизводить простые гласные звуки с помощью синтезатора. Но Кеннеди не мог знать, что на самом деле чувствовал Рэмси или что именно творится у него в голове. Рэмси мог отвечать на вопросы типа «да-нет», двигая глазами вверх или вниз, но и этот метод дал сбои, потому что у Рэмси были проблемы с глазами. Кеннеди не смог подтвердить свои языковые испытания. Он просил Рэмси вообразить слова и записывал сигналы из мозга Рэмси – но, конечно, Кеннеди не знал, действительно ли Рэмси «произносил» слова про себя.

Здоровье Рэмси ухудшилось, как и имплантат в его голове. С годами пришла в упадок и вся исследовательская программа Кеннеди: его гранты не возобновлялись; ему пришлось распустить своих инженеров и лаборантов; его партнёр Бакай умер. Теперь Кеннеди работал один. Он по-прежнему проводил рабочие часы, леча пациентов в своей неврологической клинике. Но Кеннеди был уверен, что совершит ещё один прорыв, если сможет просто найти идеального пациента – кого-то, кто мог бы говорить вслух, по крайней мере, сначала. Только таким образом, он мог выяснить соответствие между каждым конкретным звуком и нейронным сигналом.

Но прежде чем Кеннеди смог найти своего пациента, FDA отозвало одобрение на его имплантаты.

Однако амбиции Кеннеди не померкли, наоборот, он был преисполнен решимости. Осенью 2012 года он опубликовал научно-фантастический роман под названием «2051», в котором рассказывается история Альфы, ирландского пионера нейронных электродов, такого как Кеннеди, который жил в возрасте 107 лет как образец своего собственного технологического открытия. Роман представляет собой своего рода набросок мечты Кеннеди: его электроды будут не просто инструментом, помогающим заблокированным пациентам общаться, но станут двигателем улучшенного кибернетического будущего, в котором люди живут как разум в металлических оболочках.

К тому времени, когда Кеннеди опубликовал свой роман, он уже знал, каким будет его следующий шаг. Человек, прославившийся тем, что имплантировал самый первый интерфейс связи между человеческим мозгом и машиной, снова совершит то, чего никто никогда раньше не делал. У него не оставалось другого выбора. «Какого чёрта», – подумал он. «Я просто сделаю это на себе».

В 2014 году Фил Кеннеди нанял нейрохирурга в Белизе, чтобы тот имплантировал ему несколько электродов в мозг, а затем вставил под кожу головы набор электронных компонентов. Операция прошла не без осложнений, порядком напугав и Кеннеди, и его друзей.

Но спустя несколько недель он начал фазу сбора данных своего грандиозного эксперимента над собой. В течение следующих семи недель все вечера после работы он использовал, чтобы прогонять серии тестов. В своих лабораторных записях он указан как Субъект П. К., как будто для анонимности.

Эксперимент длился не так долго, как ему хотелось бы. Разрез на коже его головы так и не затянулся полностью над громоздким ретранслятором. По истечении всего 88 дней, Кеннеди снова лёг под нож хирурга. Но на этот раз он не поехал в Белиз. 13 января 2015 года местный хирург вскрыл кожу головы Кеннеди, перерезал провода, идущие от его мозга, и удалил силовую катушку и трансивер. Врач не пытался копаться в коре головного мозга Кеннеди в поисках трёх стеклянных конических электродов, которые были там встроены. Было безопаснее оставить их там, где они были, опутанные тканями мозга Кеннеди, на всю оставшуюся жизнь.

Рискуя здоровьем, в одиночку и исключительно на свои сбережения, Кеннеди сумел создать особую запись языка. Когда Кеннеди, наконец, представил данные, которые он собрал сначала на симпозиуме Университета Эмори в мае того же года, а затем на конференции Общества нейробиологии в октябре, то к сожалению, он не смог продемонстрировать действующую модель. Некоторые из его коллег отнеслись к истории с недоверием. Другие же нашли её захватывающей, хотя и были несколько обескуражены. Дело в том, что ещё со времён Марты Рафферти нейрохирурги постоянно сталкивается с этическими препятствиями, а этот человек, которого они знали много лет, сделал смелую и неожиданную попытку исследовать собственный мозг. [46]

В наши дни большинство исследователей в области инвазивных НКИ отдают предпочтение микрочипам в виде сетки электродов размером 8 на 8 или 16 на 16, размещаемым на обнажённой коре головного мозга. Этот метод, называемый электрокортикографией, или ЭКоГ. Он обеспечивает менее чёткую картину, чем метод Кеннеди: вместо того, чтобы настраиваться на голоса отдельных нейронов, он слушает хор из сотен и тысяч нейронов одновременно.

Сторонники ЭКоГ утверждают, что и эти хоровые следы передают достаточно информации, чтобы компьютер мог расшифровать намерения мозга и даже то, какие слова или слоги хочет сказать человек. Сетка ЭКоГ также может безопасно оставаться на месте под черепом в течение длительного времени, возможно, даже дольше, чем конические электроды Кеннеди.

В тот же год, когда Кеннеди собирал данные, чтобы представить их на заседании Общества нейробиологии в 2015 году, другая лаборатория опубликовала новый способ использования компьютеров и черепных имплантатов для декодирования человеческой речи. Названный Brain-to-Text, он был разработан в Центре Уодсворта в Нью-Йорке в сотрудничестве с исследователями из Германии и Медицинским центром Олбани и был протестирован на семи пациентах с имплантированными сетками ЭКоГ. Каждого испытуемого просили читать вслух отрывки текста из разных источников, а тем временем записывались их нейронные данные. Затем исследователи использовали результаты ЭКоГ для перекодировки нейронных данных в звуки речи.

Невероятно, но система вроде как работала. Компьютер выдавал фрагменты текста, которые имели чуть более чем случайное сходство с прочтённым текстом.

Но даже разработчики признали, что это было, в лучшем случае, лишь доказательством правильности концепции.

Новый мозговой имплантат переводит мысли о письме в текст

До последнего времени разработчики нейрокомпьютерных интерфейсов на основе имплантатов, предлагали парализованным людям возможность набора текста с помощью виртуальной клавиатуры с возможностью управлять курсором с помощью разума. По сути это развитие технологии, предложенной Родригесом Дельгадо в начале 1960-х. Со временем этот процесс стал более эффективен, но продолжает оставаться медленным – около 25 символов в минуту, требует полной сосредоточенности пользователя, так как он должен и отслеживать перемещение курсора, и определять, когда выполнить эквивалент нажатия клавиши. Также пользователь должен потратить время на то, чтобы научиться управлять системой.

И вот, наконец, надежда на прорыв.

Эта информация изначально опубликована на Ars Technica, надёжном источнике технологических новостей, в мае 2021 года. Компания Neuralink Илона Маска выходит на новый уровень использования нейроимплантатов.

Новая идея (которая не так уж и нова) основана на том, что где-то в процессе написания текста, мы формируем намерение использовать тот или иной символ, и стоит попробовать нейроимплантат для отслеживания возбуждения участков мозга как раз именно на этапе намерения. После того как намерение оформилось, решение передаётся в моторную кору, где оно переводится в действие.

Предполагалось, что улавливание намерений с большей вероятностью даст чёткий сигнал, чем улавливание самих движений (любое движение задействует множество мышц и зависит от конкретных условий, например, где ваша рука находится относительно листа бумаги).

В общем, исследователи поместили два имплантата в премоторную кору мозга парализованного человека. Считается, что именно эта область участвует в формировании намерений выполнять движения.

Установив имплантаты в нужном месте, учёные попросили участника представить, как он пишет буквы на странице, а сами в этот момент записали нейронную активность. (Пациенту также предложили использовать знаки препинания, такие как запятая и вопросительный знак, и использовали «>», чтобы указать пробел и тильду вместо точки.)

Рисунок 45 Neuralink Илона Маска

Всего в премоторной коре головного мозга участника было размещено 2 имплантата размером со среднюю монету по 100 электродов каждый. Не все из них оказались информативными. Но на основе тех, которые работали, авторы провели анализ главных паттернов нейрограммы, которые больше всего различались при представлении написания различных букв.

В итоге они обнаружили, что могут расшифровать соответствующий символ с точностью чуть более 94 процентов. Но разбор записи был долгим. Чтобы всё работало в реальном времени, исследователи создали рекуррентную нейронную сеть способную оценивать вероятность сигнала, соответствующего каждой букве.

Несмотря на работу с относительно небольшим объёмом данных (всего 242 символа), система работала замечательно. Задержка между мыслью и символом, появляющимся на экране, составляла всего около полсекунды, и участник смог воспроизвести около 90 символов в минуту, что значительно превзошло предыдущий рекорд для набора текста с помощью имплантата. Частота ошибок составила всего около 5 процентов, а применение такой системы, как автокоррекция набора текста, помогло снизить частоту ошибок до 1 процента.

Все тесты проводились с заранее подготовленными предложениями. Однако, когда исследователи попросили участника напечатать ответы на вопросы в свободной форме, скорость немного снизилась (до 75 символов в минуту) и количество ошибок увеличилось до 2 процентов после автокоррекции, но система всё равно работала. [47]

По словам самих разработчиков, это «даже не прототип, ещё не полностью, клинически жизнеспособная система». Начнём с того, что она использовалась только у одного человека, поэтому неизвестно, насколько хорошо она может сработать для других. Кроме того, поведение имплантатов со временем меняется, возможно, из-за незначительных сдвигов по отношению к нейронам, или из-за накопления рубцовой ткани, поэтому систему нужно было регулярно перекалибровывать – не реже одного раза в неделю, чтобы поддерживать допустимый уровень ошибок.

Тем не менее, устройство показывает очень значительный прирост скорости по сравнению с предыдущими системами на имплантатах, и довольно высокую точность.

Похвально упорство, с которым учёные уже несколько десятилетий расшифровывают нейрограммы мозга. Но если для хранения алфавита задействовано несколько квадратных миллиметров коры головного мозга, то как в него помещаются все остальные знания и навыки? На мой скептический взгляд, это всё равно, что по аэрофотоснимкам местности изучать язык, на котором говорит местное население.

Интересно, если взять двух пациентов со вскрытыми черепными коробками и уложить их таким образом, чтобы их открытые поверхности коры головного мозга соприкасались. Позволит ли это мыслям и чувствам перетекать от одного человека к другому?

Или более простой эксперимент – внедрить в мозг двух испытуемых одинаковые имплантаты в одинаковые участки мозга и… соединить их между собой. Получим ли мы некий «нейротелефон»?

Между тем, есть гораздо более простые и функциональные способы помочь людям, у которых проблемы с речью. Если пациент может двигать пальцем, он может печатать сообщения азбукой Морзе. Если он способен только двигать глазами, то можно использовать программное обеспечение для отслеживания взгляда на смартфоне. Эти устройства очень дёшевы, гораздо дешевле имплантата за 100 000$.

Нейропротезирование

До сих пор мы говорили о том, как подключают мозг к компьютеру, эту технологию называют – НКИ.

На практике нейропротез не обязательно подключать к мозгу, он может быть подсоединён к любой части нервной системы, например, к периферическим нервам.

Существуют уже нейропротезы для восстановления зрения, например, имплантаты сетчатки глаза. Но наиболее часто в современной медицине применяется кохлеарный нейроимплантат – им пользуются уже тысячи людей по всему миру.

Кохлеарный аппарат – медицинский прибор, протез, позволяющий компенсировать потерю слуха. Действие основано на имплантации в тело пациента устройства, способного преобразовывать электрические сигналы, поступающие с внешнего микрофона, в импульсы, понятные нервной системе.

Если у человека с полной потерей слуха сохранилась хотя бы часть слухового нерва, то можно попытаться, минуя повреждённые структуры, стимулировать его напрямую. Именно это и делают кохлеарные имплантаты.

Электроды вводят в одну из заполненных жидкостью камер улитки уха хирургическим путём, располагают их достаточно близко к волокнам слухового нерва расстоянии, обеспечивающем их внешнее стимулирование.

Целевая реиннервация

Серьёзную конкуренцию НКИ по части протезирования частей тела может составить новая технология – целевая мышечная реиннервация.

Считается, что нервная клетка в процессе своей эволюции утратила способность к делению, однако, при определённых условиях нейроны, потерявшие часть аксона, не только не погибают, но даже способны к регенерации1. Этим свойством нервной ткани нельзя было не воспользоваться. Что и было сделано американскими учёными Тоддом Куикеном и Грегори Думаняном в 2005 году.

Как выяснилось, при ампутации конечности остатки двигательных нервов можно хирургическим путём перенести на маленький участок какой-нибудь крупной мышцы, например, к большой грудной, если речь идёт об ампутации руки (эта процедура и называется реиннервацией). В результате при попытке пошевелить отсутствующим пальцем, сигнал от мозга перенаправляется к участку грудной мышцы. Следующая задача – обнаружить этот сигнал и передать его на роботизированный протез. Тут на помощь приходит электромиография – технология, позволяющая регистрировать разность электрических потенциалов, возникающих на поверхности кожи при сокращении мышцы. Электроды улавливают активность реиннервированного участка, после чего сигнал передаётся к нужной части протеза.

Теоретически, для более точной локализации сигналов от целевой мышцы, можно использовать имплантируемые в неё электроды.

В 2003 году первым пациентом, получившим протез работающий на основе целевой реиннервация, оказался Джесси Салливан, инженер-энергетик, потерявший обе руки в результате электрических ожогов. После того, как нервы рук были перенаправлены на его грудные мышцы, он научился управлять протезными руками.

С тех пор как Салливан стал первым пациентом, ещё три человека– ампутанта рискнули испытать на себе новую технологию, и они тоже довольны результатом.

Сегодня такая операция остаётся редкой и очень дорогой. Но у этого направления есть перспективы.

PS. Идея конечно хороша, но почему-то, пока я собирал материал на эту тему меня преследовало воспоминание о «втором опыте Гальвани». Напомню: стеклянным крючком Гальвани набрасывал конец седалищного нерва, на мышцу конечности лягушки; при этом наблюдалось её сокращение.

И ещё одно замечание – если после ампутации возникают фантомные ощущения, значит где-то должны существовать и невостребованные управляющие нервные импульсы.

1 Последнее утверждение весьма спорно. Но аксоны, лишенные окончаний, не утрачивают способности к передаче нервных импульсов.