Зчитуючи рухові імпульси мозку за допомогою ЕЕГ-апарату і передаючи їх на м'язи ніг, можна повернути паралізованій людині здатність ходити.
«Паралізована людина встала і пішла!» - зазвичай такі заголовки можна зустріти в жовтій пресі релігійно-езотеричного спрямування, однак, схоже, скоро такі речі стануть нудною медичною рутиною. У статті в Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation група дослідників з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі і Каліфорнійського університету в Ірвайні розповідає, як їм вдалося повернути 26-річному паралізованому пацієнту здатність ходити.
Параліч кінцівок настає найчастіше в результаті травми хребта. Щоб повернути контроль над тілом, потрібно відновити після пошкодження нейронні провідні шляхи, проте зробити це досить складно. Є обхідний шлях: забезпечити паралізованого нейрокомп'ютерним пристроєм, який буде приймати сигнали з мозку і передавати їх у вигляді електричних команд або безпосередньо м'язам кінцівок, або екзоскелетної конструкції.
В даному випадку нейробіологи пішли другим шляхом: пристрій, що реєструє електричні ритми мозку, посилав рухові сигнали в електроди, закріплені на колінах, а звідти вже сигнали йшли в м'язи ніг. Прогулянці передував довгий підготовчий період - хоча мозок здатний генерувати потрібні імпульси навіть через роки після настання паралічу, точність і порядок таких імпульсів засмучуються, і людина спочатку повинна вивчитися керувати віртуальною ходьбою за допомогою комп'ютерного аватара.
Потім настав час реальних фізичних тренувань, під час яких, однак, ноги поки ще не торкалися землі, пацієнт ходив «по повітрю». Таких «повітряних» тренувань пройшло цілих дев'ятнадцять, а на двадцяту паралізовану людину поставили на підлогу і дали йому пройти трохи більше 3,5 метрів. При цьому, звичайно, від падіння його охороняла спеціальна підтримувальна тіло конструкція. Потім були ще кілька тижнів тренувань, і, за словами авторів роботи, здатність пацієнта контролювати кінцівки зростала раз від разу.
Важливо, що тут вдалося обійтися без вживлення електродів у мозок - зчитування сигналів відбувалося за допомогою електроенцефалографічного апарату. Однак система з мозковими і зі спинномозковими імплантатами все ж може бути зручнішою: вона завжди залишається з користувачем, і не потрібно кожен раз, коли захочеться пройтися, надягати на себе апарат для перетворення сигналу. Нарешті, імплантат може передавати назад у мозок відчуття від паралізованої кінцівки або від протеза. Отже, ймовірно, майбутня система нейрокомп'ютерного контролю буде все-таки імплантованою, але, безумовно, з урахуванням досягнень ось таких неінвазивних методів, подібних вищеописаному.
Зрозуміло, отримані результати добре б повторити і з іншими пацієнтами, адже поки що у нас пішов тільки один паралізований. Крім того, в ній треба б передбачити додаткові можливості, зокрема, щоб пристрій допомагав підтримувати тонус м'язів спини, без чого неможливо зберігати рівновагу при ходьбі. Якщо вдасться так зробити, то людина зможе обійтися без штучних підпорок.
Створення протезів і «пожвавлення» паралізованих частин тіла - одна з найактуальніших областей сучасної нейробіології. Правда, зазвичай більше уваги дістається не ногам, а рукам, що зрозуміло - рукою ми здійснюємо набагато більше різноманітних рухів: беремо ложку, забиваємо цвяхи, граємо на роялі.
Зрозуміло, яке це колосальне завдання - забезпечити штучну руку такою ж чутливістю і навчитися керувати нею так само, як справжньою. З іншого боку, успіхи тут теж досягнуті колосальні; так, рік тому ми писали про те, як механічну руку навчили брати ягоду, не розчавивши її, чистити зуби і відрізняти на дотик характер поверхні. Якщо ж говорити про нейрокомп'ютерні інтерфейси, то тут не можна не згадати про експерименти лабораторії Мігеля Ніколеліса в Університеті Дьюка, де давно займаються розшифровкою мозкових сигналів і перекладом їх мовою електронного пристрою. Нарешті, на початку року ми писали про роботи Павла Мусієнка, який разом з колегами займається розробкою спинномозкових імплантатів, які в буквальному сенсі допомагають стати на ноги - якщо не вдаватися в подробиці, то їх принцип дії заснований на електрохімічній стимуляції спинного мозку, який сам цілком здатний підтримувати координацію досить складних рухів.