Чоловік із синдромом «повністю замкненої людини» зміг спілкуватися через інвазивний нейроінтерфейс

Чоловік з бічним аміотрофічним склерозом, який був повністю паралізований і нездатний довільно відкривати очі і керувати їхнім рухом (синдром «повністю замкненої людини»), зміг складати слова і фрази для спілкування із середньою швидкістю близько одного символу в хвилину. Це стало можливим завдяки використанню інвазивного нейроінтерфейсу, який спирався на слухову модальність, а не руху очей, який в даному випадку неможливий. Стаття опублікована в журналі.

Пацієнти з бічним аміотрофічним склерозом (БАС) страждають прогресуючим паралічем м'язів. У міру прогресування захворювання людина втрачає здатність дихати через параліч діафрагми. При переході на штучну вентиляцію легенів і паралічі лицьових м'язів хворі в більшості випадків більше не можуть говорити, і у них може відзначатися синдром «замкненої людини», при якому пацієнт не може рухатися і говорити, але залишається в свідомості з незачепленими емоціями і мисленням. Також у таких хворих можуть зберігатися управління рухами очей, моргання і здатність направляти і фіксувати погляд. Використовуючи цей невтрачений контроль над рухом очей, зв'язок пацієнта із зовнішнім світом зазвичай вдається успішно забезпечити за допомогою інвазивних і неінвазивних нейроінтерфейсів. Але як тільки хворий втрачає контроль над рухом очей і більше не може довільно їх відкривати, ніякі допоміжні засоби більше не можуть допомогти йому залишатися на зв'язку із зовнішнім світом (цей стан називають синдромом «повністю замкненої людини»).

Щоб відновити зв'язок із зовнішнім світом для 34-річного пацієнта, який більше не може контролювати рух очей і направляти погляд, а значить, і використовувати айтрекер для спілкування, Йонас Ціммерманн (Jonas Zimmermann) з Центру біо- і нейроінженерії імені Вісса в Женеві і колеги імплантували в моторну кору чоловіка дві матриці з 64 мікроелектродів. Через добу після імплантації дослідники спробували встановити з пацієнтом зв'язок. Спочатку його попросили використовувати раніше ефективний спосіб відповідей «так» і «ні» за допомогою руху очей, а вчені в цей момент намагалися виявити різницю в мозковій активності, що супроводжувала відповідне відповіді рух очей або його відсутність. Але ніякої різниці в частоті спостережуваної активності виявити не вдалося.

На вісімдесят шостий день після імплантації вчені вирішили для взаємодії з пацієнтом використовувати біологічний зворотний зв'язок слухової модальності. Для цього пацієнт навчився зіставляти частоту нейронної активності з частотою звукового зворотного зв'язку, а потім утримувати протягом 250 мілісекунд тон зворотного зв'язку в заданому діапазоні від 120 до 480 Гц. Утримання тону зворотного зв'язку на верхньому або нижньому кінці діапазону протягом 250 мілісекунд інтерпретувалося як відповідь «так» або «ні» - відповідно, що пацієнту вдавалося з високою точністю (р < 0,01). Таким чином, пацієнт модулював частоту збудження нейронів на основі звукового зворотного зв'язку, і, починаючи зі сто шостого дня, він міг використовувати цей метод, щоб вибирати букви по одній, а далі складати з них слова і фрази, і так повідомляти про свої потреби і переживання.

Розбірливі повідомлення пацієнта складалися з 5747 символів, створених протягом 5338 хвилин, що відповідає середній швидкості 1,08 символу в хвилину. Вже на другу добу він міг вірно написати своє ім'я, імена дружини і сина і подякувати дослідникам, також повідомити щось про необхідний відхід, наприклад, попросити змінити положення голови і тіла, висловити свої бажання про дозвілля, скажімо, запросити когось ввечері до себе або послухати музичний альбом, і він навіть запропонував поліпшити роботу системи, попросивши «включити розпізнавання слів» на 183 день після операції. А на 247 день хворий залишив відгук про систему: «хлопці, це працює так легко». Крім того, імплантація електродів і оволодіння інтерфейсом на основі слухового зворотного зв'язку дозволили йому повернути спілкування з членами сім'ї.

Дослідники спостерігали хворого в щоденних сеансах зв'язку з ним через нейроінтерфейс, починаючи з 106 і до 462 дня після імплантації електродів. При цьому протягом усього цього часу учасник жив удома зі своєю родиною, а вчені приїжджали для проведення дослідження до нього додому, а в період локдауну, викликаного пандемією ковида, - зустрічалися віддалено. Тобто також це дослідження продемонструвало, що за участю сім'ї або осіб, які здійснюють догляд, систему в принципі можна використовувати вдома. І це важливий момент для людей, які живуть з БАС, про яких піклуються поза лікарняним середовищем. Автори зазначають, що в майбутньому необхідно буде впровадити кілька модифікацій програмного та апаратного забезпечення, перш ніж сім'я або особи, які здійснюють догляд, зможуть використовувати систему повністю самостійно.

Підтримка можливості спілкуватися для людей, які вже зіткнулися з пізніми етапами розвитку БАС безумовно важлива, але не менш важливі і спроби знайти ліки, які допомогли б зупинити цю хворобу на більш ранніх її етапах. На жаль, єдині ліки, які на сьогоднішній день існують від БАС, допомагають лише компенсувати симптоми. Але недавні дослідження дозволяють вченим передбачати «початок генної терапії БАС». А детальніше про те, як навчитися лікувати цю хворобу можна прочитати в нашому матеріалі «Ключ від гробниці».