Вчені зробили важливий крок до створення нейропротезів нового покоління: за допомогою точно спрямованої електричної стимуляції мозку дослідники змогли відтворити відчуття дотику у людей із серйозними травмами спинного мозку.
Команда науковців з University of Pittsburgh та University of Chicago протягом багатьох років спостерігала за п’ятьма учасниками дослідження, яким імплантували пристрої «мозок-комп’ютер». Загалом ці системи працювали майже 27 років і передали до мозку близько 168 мільйонів електричних імпульсів без серйозних побічних ефектів.
Результати роботи, опубліковані у журналі Science Translational Medicine, стали найдовшим на сьогодні дослідженням внутрішньокоркової мікростимуляції у людей. Воно показало, що штучні сенсорні сигнали можуть залишатися безпечними та стабільними не лише протягом кількох місяців, а й протягом багатьох років.
Як мозок отримує штучне відчуття дотику
Мозково-комп’ютерні інтерфейси (BCI) зазвичай використовують для перетворення активності мозку на команди для комп’ютерів, роботизованих кінцівок або інших пристроїв. Але сучасні системи можуть працювати і у зворотному напрямку — передавати інформацію назад у мозок.
У цьому дослідженні крихітні електроди стимулювали соматосенсорну кору — ділянку мозку, яка відповідає за обробку сигналів від тіла, зокрема дотику.
Саме здатність відчувати контакт із предметами є однією з головних проблем сучасних нейропротезів. Людина без тактильного зворотного зв’язку змушена керувати роботизованою рукою переважно за допомогою зору. Це ускладнює оцінку сили захоплення, визначення текстури предметів та виконання простих щоденних дій.
«Щоб мозково-комп’ютерні інтерфейси справді змінили життя людей, вони повинні працювати безпечно і надійно роками. Це дослідження показує, що мікростимуляція мозку може відповідати цій вимозі», — зазначив Роберт Гаун, доцент кафедри фізичної медицини та реабілітації Піттсбурзького університету.
Дотик залишався стабільним роками
Одним із головних питань було те, чи зміниться сприйняття штучних сигналів із часом. Вчені хотіли з’ясувати, чи не почне мозок неправильно інтерпретувати імпульси або чи не переміститься відчуття з руки на інші частини тіла.
Результати виявилися позитивними. Електричні сигнали, спрямовані на ділянку мозку, пов’язану з рукою, продовжували створювати відчуття саме в руці навіть після років використання.
Небажані тривалі відчуття виникали надзвичайно рідко — приблизно один випадок на 23 тисячі стимуляцій. У більшості ситуацій вони зникали менш ніж за 10 секунд після припинення сигналу. Жоден учасник не повідомив про біль або потребу в медичному втручанні.
Електроди залишаються головним викликом
Попри успішні результати, технологія все ще має певні обмеження. Найбільша проблема пов’язана не з самим принципом стимуляції, а з довговічністю імплантованих електродів.
У середньому близько 64% електродів залишалися працездатними протягом усього періоду дослідження. В одного з учасників через 10 років у мозку все ще працювали приблизно 60% електродів, хоча з часом швидкість їхнього виходу з ладу збільшувалася.
За словами Чарльза Грінспона з Медичного центру Чиказького університету, ці результати відкривають шлях до створення не лише лабораторних прототипів, а й довготривалих систем, які одного дня можуть використовуватися людьми у повсякденному житті.
Технологія може повернути й інші відчуття
Мікростимуляція мозку сьогодні досліджується не лише для відновлення дотику. Подібні підходи вивчають для зон мозку, відповідальних за зір і слух.
У майбутньому ця технологія може стати основою для нового покоління нейропротезів, які не просто замінюють втрачені функції, а дозволяють мозку знову отримувати інформацію від навколишнього світу.
Дослідження показує, що створення штучних відчуттів уже перестає бути лише теоретичною можливістю. Наступним великим завданням стане зробити такі системи компактними, довговічними та доступними для широкого використання поза межами лабораторій.