Кібермедицина дозволить сліпим людям водити машину

Вчені вже відчувають унікальні пристрої, які відкривають перед людиною неосяжні перспективи.

- Кібермедицина - це впровадження в тіло людини різних пристроїв, які допомагають виправити фізичні недоліки, боротися з важкими хворобами та їх наслідками, словом - максимально продовжити нормальне, повноцінне життя, - пояснює завідувач лабораторією Інституту вищої нервової діяльності та нейрофізіології РАН, доктор біологічних наук, професор Олександр Фролов.

Провідний вчений займається дослідженням пристрою мозку на рівні нейронів, розробкою інтерфейсів «мозок-комп'ютер» і їх використанням для реабілітації хворих після травм і захворювань. У рамках Наукового лекторію - 2045, який проходить у Москві, експерт розповів про останні досягнення в галузі кібермедицини в Росії та інших країнах, а також про захоплюючі перспективи, які відкриваються перед людством.

«БАЧИТИ МОЗКОМ»

- У всьому світі вже широко застосовуються операції з протезування нирок: пристрої, які замінюють ці органи, можуть працювати в організмі людини до 40 років, - нагадує вчений. - Від 2 до 7 років здатне підтримувати життя людини штучне серце. Активно розробляються протези легенів і печінки. Правда, тут поки успіхи не такі значні: головний орган дихання «живе» не більше 6 місяців, а печінка працює лише 4 дні. Але це тільки початок.

Водночас кібермедицині вдалося зробити те, що вражає уяву і багатьом досі видається науковою фантастикою: протезування складної системи органів зору.

Як відомо, нерідко люди зліпнуть через загибель клітин сітківки - це оболонка ока, яка сприймає зображення і перетворює на нервові імпульси. Вони передаються в мозок, розшифровуються там, і ми отримуємо звичні зорові образи предметів - бачимо їх. Для тих, хто позбувся такої можливості через травму або хворобу, американський вчений і лікар-офтальмолог Вільям Добелль з Нью-Йорка створив унікальний пристрій.

- Людина одягає окуляри, в які поміщена невелика телекамера, і оптичний сигнал від неї надходить в електрочип, вживлений в зорову кору мозку на потилиці, - пояснює Олександр Фролов. - Чіп складається з електродів, при їх збудженні виникають спалахи світла - фосфени (уявити їх собі можна, якщо злегка натиснути на заплющене око). Таким чином, зорова картинка, що надходить з телекамери, перетворюється на певний набір світлових спалахів. Спочатку вони здаються людині хаотичними і безладними, але в міру тренувань і використання в побуті мозок починає розпізнавати і звикати до того, що кожному предмету відповідає та чи інша модель спалахів.

«Було зроблено близько 20 операцій, вони пройшли успішно, один з пацієнтів навіть зміг водити машину», - розповідає професор Фролов. У 2004 році доктор Добелль, який заснував свій інститут у Нью-Йорку, помер, проте його колеги в США та інших країнах продовжують дослідження, щоб осліплі люди змогли отримувати більш повноцінні зображення навколишнього світу.

ЯК СИЛА ДУМКИ КЕРУЄ РОБОТОМ

У лабораторії Олександра Фролова проводили досвід: на голову людині вдягається енцефалографічна сітка, яка зчитує електричні сигнали мозку і передає для розпізнавання в комп'ютер. Випробуваного саджають перед екраном, виставляють на моніторі ціль і пропонують довести до неї курсор... силою думки.

"Коли ми уявляємо собі певний рух, у мозку виникає відповідний електричний сигнал, - пояснює професор. - Якщо вловити цей сигнал і розшифрувати його за допомогою комп'ютера, то можна передати необхідну команду будь-якому зовнішньому пристрою і таким чином керувати ним ".

Подібний алгоритм використовував на практиці один з піонерів нейрокібернетики, професор Джон Донахью з Університету Брауна (США). Двом пацієнтам - 58-річній жінці, паралізованій понад 15 років тому, і 66-річному чоловікові, повністю знедоленому після інсульту, вживили нейрочіпи в рухову ділянку кори головного мозку. Сигнали від мозку надходили на комп'ютер, оброблялися і передавалися маніпулятору - роботу у вигляді руки.

Пацієнтам потрібно було уявляти, що вони рухають штучною рукою в потрібному напрямку. Жінка тренувалася протягом 4 днів і в підсумку змогла самостійно взяти рукою-роботом і піднести собі термос з кавою. У чоловіка вийшло освоїти протез швидше: незабаром він зміг силою думки керувати маніпулятором так, що кіберпальці хапали і стискали поролонову кулю.

«Ми близькі до того, щоб повернути паралізованим можливість виконувати рутинні дії, які здійснюють у звичайному житті мільярди людей, не замислюючись про те, як це працює», - розповів в одному з інтерв'ю доктор Донахью. Зараз вчені працюють над тим, щоб створити штучну руку з більш швидким і гнучким управлінням.

ПРОТЕЗ ЗМОЖЕ «ВІДЧУВАТИ»

- У всьому світі розвивається кіберпротезування для тих, у кого ампутовані руки або ноги, - продовжує Олександр Фролов. Один з найяскравіших прикладів - південноафриканський бігун Оскар Пісторіус. Маючи протези замість обох ніг, він став переможцем багатьох паралімпійських ігор і навіть успішно змагався зі здоровими спортсменами.

Причому, протягом декількох років Пісторіусу забороняли брати участь у звичайних забігах під приводом того, що унікальні протези дають переваги в порівнянні з людськими ногами. Але потім заборону було знято (зараз Пісторіуса звинувачують у вбивстві подруги-фотомоделі, над ним триває судовий процес).

Торік до Росії приїжджала знаменита «людина-кіборг» Найджел Екланд. На прес-конференції він показав журналістам, як майстерно управляється біонічним протезом, що замінює від ліктя ампутовану праву руку. Найджел повноцінно обслуговує себе в побуті: готує, водить автомобіль, друкує на комп'ютері.

"Все, що мені потрібно зробити, це уявити, скажімо, що я затискаю кульку. Сигнал з мозку надходить в мускул культі, той скорочується і передає імпульс в двигун протеза. Тоді кіберпальці згинаються, і я можу щось взяти ", - пояснює Екланд.

Зараз вчені виходять на наступний етап: створення системи, яка буде передавати сигнали не тільки від мозку до зовнішнього пристрою, але і в зворотному напрямку. Тобто через комп'ютер мозок зможе розпізнавати властивості предметів, до яких торкається протез. Фактично людина навчиться «відчувати» свою штучну руку!

«Для цього потрібно забезпечити систему рецепторами, які будуть вловлювати зміни конфігурації предмета, отримувати тактильні сигнали - все це дозволить передавати в мозок відчуття дотику», - малює захоплюючу уяву картину Олександр Фролов.

В результаті управління протезами максимально наблизиться до повноцінної дії людських рук і ніг. Високочутливих роботів можна буде використовувати для найскладніших операцій в медицині, в науково-дослідній сфері та інших областях нашого життя.

МОЗОК + КОМП "ЮТЕР ДЛЯ ВІДНОВЛЕННЯ ПІСЛЯ ІНСУЛЬТУ

Кількість хворих з крововиливами в мозок зростає як у нас в країні, так і в усьому світі. Один з найважчих наслідків інсульту - параліч, який настає через ураження рухової зони мозку. У цих випадках кібернетична медицина може допомогти в реабілітації. Саме таким проектом зараз займається команда професора Фролова під егідою МОЗ при спільному фінансуванні Російського фонду фундаментальних досліджень (РФФІ).

- Доведено, що коли людина уявляє рухи рук або ніг, то активуються ті ж відділи мозку, що і при реальних рухах, - розповідає Олександр Олексійович. Під час тренувань пацієнтам надягають енцефалографічні шапки, що зчитують сигнали мозку, а частини тіла, які потрібно «розворушити», вставляють в екзоскелет - пристрій, поєднаний з комп'ютером і повторює обриси тіла.

Людину просять уявити собі, скажімо, розтиснення руки - оскільки після інсульту пензля часто стискаються, і їх неможливо самостійно розігнути (це називається спастичність). Через комп'ютер сигнал з мозку передається екзоскелету, надітому на руку, і пристрій розтискає пензель. «Важливість цієї процедури в тому, що коли уявний рух збігається з реальністю - нехай і досягнутою за допомогою зовнішнього пристосування, в мозку відбуваються унікальні пластичні перебудови - процеси, які відновлюють рухову функцію», - пояснює професор Фролов.

Поки це експериментальна технологія, в якій беруть участь 20 пацієнтів. Передбачається, що клінічні дослідження нового способу реабілітації триватимуть ще три роки. Якщо підтвердиться їх ефективність у більшості пацієнтів, то кібернетичну технологію можна буде вводити в офіційні російські стандарти реабілітації після інсульту.