Последните най...


Бюлетин „Либерален преглед в неделя“

Pin It

 

01

 

Нейтън Коупланд смята себе си за киборг. 36-годишният мъж е живял с мозъчно-компютърен интерфейс повече от седем години и три месеца. Към днешна дата – 17 август 2022 – това е най-дългият период, в който някой е имал подобен имплант. Четири електроди, всеки с размерите на гумичка за молив, преобразуват нервните му импулси в команди, които му позволяват да управлява външни устройства: компютър, видеоигри и роботизирана ръка, която може да движи само с мисълта си.

След автомобилна катастрофа през 2004 г. Коупланд е парализиран от гърдите надолу, без да може да движи или усеща крайниците си. През 2014 г. той се присъединява към проучване за хора с тежки увреждания на гръбначния мозък в университета в Питсбърг, за да провери дали мозъчно-компютърният интерфейс или BCI може да възстанови част от загубените му функции. Той не се поколебава да се запише, въпреки че това ще изисква мозъчна операция и никой не знае колко дълго ще работи устройството. „Когато започнах, ми казаха: ‚О, вероятно ще издържи пет години‘. И тези пет години се основаваха на данни от експерименти с маймуни, защото никой човек не го беше правил“, казва той.

Фактът, че имплантът на Коупланд все още работи – и не е предизвикал никакви сериозни странични ефекти или усложнения – е обещаващ за областта. Това е знак, че устройствата, които се разработват от 60-те години на миналия век, но все още са експериментални, се доближават до търговската реалност за пациенти с тежки увреждания. „Имам чувството, че това е на границата на практическото приложение“, казва Джейн Хъгинс, директор на Лабораторията за директен мозъчен интерфейс към Мичиганския университет, която не участва в изследването в Питсбърг.

 

02

Нейтън Коупланд управлява таблет само с помощта на мислите си.

 

Но все още остават въпроси относно дългосрочната издръжливост на имплантираните масиви – доколко тяхната производителност ще се влоши с времето и дали могат да бъдат подобрени. „Би било крайно безумно функцията да бъде възстановена за години, а след това отново да се загуби. А това винаги е проблем при имплантираните устройства, които могат да изискват обслужване“, казва Хъгинс.

През 2015 г. на Коупланд хирургически са инсталирани четири масива, два от които в частта на мозъка, която контролира двигателните функции, а другите два – в областта, отговорна за обработката на сетивната информация. Наречени „масиви Юта“, те са изработени от твърд силиций и приличат малко на четинестата част на четка за коса. Стандартният масив представлява квадратна решетка със 100 малки игли, всяка с дължина около милиметър и покрита с проводим метал. Тъй като невроните произвеждат електрически полета, когато общуват помежду си, учените могат да използват тези масиви, за да улавят и записват активността на стотици близки неврони.

За да изградят мозъчно-компютърен интерфейс, изследователите трябва да преобразуват тези невронни сигнали в цифрови команди, които позволяват на потребителя да управлява протеза или компютър. Системата, която Коупланд използва, включва имплантирана матрица, кабел, който минава от постамент с размер на петцентова монета на главата му до външно устройство, което усилва невронните сигнали, и компютър, който работи със софтуер за декодиране на тези сигнали.

Ричард Норман за първи път замисля масива Юта през 80-те години на миналия век като професор по биоинженерство в Университета на Юта, където се интересува от намирането на начин за възстановяване на зрението. Оттогава той се е превърнал в златен стандарт за изследвания на интерфейса мозък-компютър. „Цялата област е изградена върху масива Юта“, казва Мат Енгъл, главен изпълнителен директор на Paradromics, базирана в Тексас компания за BCI. „Фактът, че сме работили толкова дълго време с устройство, което е било проектирано през 80-те и 90-те години на миналия век, показва колко много е изпреварило времето си.“

 

04

Близък план на масив Юта.

 

 

03

Масивът Юта представлява квадратна решетка с размер 4,2 милиметра и 100 силициеви електрода.

 

През 2004 г. Мат Нейгъл става първият парализиран човек, на когото е имплантиран масив Юта; той му позволява да движи курсора на компютъра, да работи с телевизор, да проверява електронната поща и да отваря и затваря протеза на ръката си. Имплантът на Нагъл е премахнат след една година, съгласно протокола на проучването, в което участва. Сега повече от 30 участници в проучването по цял свят носят имплантирани BCI. Иън Бъркхарт преди това държеше рекорда за най-дълготраен BCI имплант, докато не му бе отстранен през 2021 г., когато приключи неговото научно изследване.

Бюлетин „Либерален преглед в неделя“

При толкова малко хора, снабдени с тези устройства, тяхната дълготрайност все още е неизвестна. Досега масивът Юта е издържал до 10 години при маймуни. В случая на Коупланд неговите масиви все още работят, но не толкова добре, колкото през първата година след имплантирането им, казва Робърт Гонт, биомедицински инженер в университета в Питсбърг и член на изследователския екип на Коупланд. „Тялото е много трудно място за поставяне на електроника и инженерни системи“, казва Гаунт. „Това е агресивна среда и тялото винаги се опитва да се отърве от тези неща.“

Имплантираните масиви могат да предизвикат имунен отговор в нервната тъкан, която обгражда електродите – острите сонди, които се забиват в мозъка. Проучванията показват, че това възпаление може да доведе до намаляване на качеството на сигнала. А около мозъчните импланти може да се образуват белези, което също влияе на способността им да улавят сигнали от близките неврони. Колкото по-малко информация може да интерпретира BCI от невроните, толкова по-неефективно е изпълнението на предвидените функции.

Един от начините, по които учените се опитват да удължат живота на имплантите, е да експериментират с различни видове материали. Масивът Юта е изолиран с парилен – защитно полимерно покритие, използвано в индустрията за медицински изделия заради своята стабилност и ниска пропускливост на влага. Но с течение на времето то може да корозира и да се напука и други материали може да се окажат по-издръжливи.

Флориан Солцбахер, съосновател и председател на фирмата Blackrock Neurotech, която произвежда масивите Юта, казва, че компанията тества масив, който е покрит с комбинация от перилен и силициев карбид, който съществува повече от 100 години като промишлен материал. „Наблюдавахме продължителност на живота на стенд, която може да достигне до 30 години, и в момента имаме някои предварителни данни за животни“, казва той. Но компанията все още не е имплантирала този материал на хора, така че истинският тест ще бъде как човешката тъкан реагира на новия състав.

Постигането на по-голяма гъвкавост на електродите може да помогне и за намаляване на белезите. Компанията на Енгъл Paradromics разработва имплант, подобен на масива Юта, но с по-тънки електроди, предназначени да бъдат по-малко разрушителни за тъканите.

Някои изследователи изпробват по-меки материали, които могат да се интегрират в мозъка по-добре от твърдата матрица на Юта. Една от групите в Масачузетския технологичен институт експериментира с хидрогелни покрития, чиято еластичност е много подобна на тази на мозъка. Учени от Университета на Пенсилвания отглеждат „живи“ електроди – подобни на косъмчета микротъкани, направени от неврони и нервни влакна, отгледани от стволови клетки.

Но тези подходи имат и недостатъци. „Можете да превърнете нещо твърдо в меко. Но ако се опитвате да поставите много меко нещо в друго меко нещо, това е изключително трудно“, казва Гонт.

Друг подход е имплантите да се направят по-малки и следователно по-малко инвазивни. Например изследователите тестват неврогранули – малки чипове с размер на песъчинка, които хипотетично могат да бъдат разпръснати по повърхността на мозъчната кора. Никой обаче не е опитвал да ги разпръсне върху човешки мозък; системата е тествана само върху гризачи, на които е бил отстранен черепът.

На някои участници в изследването са изваждани и подменяни масиви Юта, но многократните операции не са идеални, тъй като всяка от тях крие риск от инфекция или кървене на мястото на импланта. Гант казва, че хирурзите вероятно не биха поставили нов имплант на същото място, на което е бил поставен старият, особено ако в тази област има белези. Но е важно да се уверите, че заместителят е поставен на точното място, защото имплантите на грешното място могат да нарушат функцията на BCI.

Гант казва, че би било по-добре външните компоненти на BCI – процесорите или софтуерът, например – да могат да се надграждат, така че да не се налага пациентите да се подлагат на многократни операции.

 

Нейтън Коупланд играе игра, използвайки своя мозъчно-компютърен интерфейс.

 

Но всъщност външната част на повечето BCI системи е един от най-големите рискове за мозъчните импланти. Блокът, който се намира на върха на черепа, може да причини инфекция, но неговото присъствие е необходимо, за да се свърже имплантираният масив с външния компютър. Засега Коупланд и другите участници в изследването трябва да се включат към системата чрез блока на главата си, за да използват своите BCI. (Изследователите работят по премахването на кабелите.) За Коупланд това е леко досадно, но пък му дава възможността да прави най-различни неща, които инак биха били невъзможни – и той се надява, че бъдещите системи ще бъдат безжични и ще дават на парализираните хора още по-широк спектър от способности.

Като се има предвид неизвестната дълготрайност на BCI, Коупланд знае, че имплантът му може да спре да работи някой ден. Но той се опитва да не се тревожи за това. „За повечето неща съм изключително спокоен. Просто се оставям на течението“, казва той. Въпреки това не би отказал подобрение: „След пет или десет години, ако има нещо, което би довело до значителни подобрения, бих се оперирал отново и просто бих го направил.“

 

Източник

 

Емили Мълин е сътрудничка на списание WIRED, която се занимава с биотехнологии. Преди това е била стипендиантка на проекта Knight Science Journalism на MIT и сътрудник по биотехнологиите в списание OneZero . Нейни материали са публикувани и в National Geographic, Scientific American, Smithsonian Magazine и The Washington Post, както и в други издания.


Pin It

Прочетете още...

2016 04 AltSchool

Учи другояче!

Ребека Мийд 07 Апр, 2016 Hits: 8885
Семействата, които изпращат децата си в…