На останніх стадіях бічний аміотрофічний склероз (БАС) може призвести до важкої ізоляції. Люди втрачають контроль над своїми м’язами, і спілкування може стати неможливим. Але за допомогою імплантованого пристрою, який зчитує сигнали його мозку, людина перебуває в цьому «повністю закритому» стані. Вміє добирати букви і складати реченняповідомляють дослідники цього тижня.
каже Маріска Ванстінсел, дослідниця мозку та комп’ютерних інтерфейсів в Університетському медичному центрі в Утрехті, яка не брала участі в дослідженні, опублікованому в Природні комунікації. Якщо нова система заклинань виявиться надійною для всіх ув’язнених — і якщо її можна зробити більш ефективною та доступною — вона може дозволити тисячам людей відновити зв’язок зі своїми сім’ями та командами догляду, каже Рейнхольд Шерер, інженер-невролог з Університету Ессекса. .
Бічний аміотрофічний склероз пошкоджує нерви, які контролюють рух, і більшість пацієнтів помирає протягом 5 років після встановлення діагнозу. Коли людина з бічним аміотрофічним склерозом не може говорити, вона може використовувати камеру відстеження очей, щоб ідентифікувати символи на екрані. Пізніше, під час прогресування захворювання, вони можуть відповідати на запитання «так» або «ні» тонкими рухами очей. Але якщо хтось вирішить продовжити своє життя за допомогою апарата штучної вентиляції легень, він може витратити місяці або роки, щоб чути без спілкування.
У 2016 році команда Vansteensel повідомила, що в жінки ALS може складати речення за допомогою мозкового імплантату Що виявило спроби поворухнути її рукою. Але ця людина все ще мало контролювала деякі м’язи очей і рота. Незрозуміло, чи міг мозок, який втратив контроль над тілом, посилати сигнали для навмисних рухів, достатні для забезпечення значущого спілкування.
Новий учасник дослідження, 36-річний чоловік з бічним аміотрофічним склерозом, почав працювати з дослідницькою групою в Тюбінгенському університеті в 2018 році, де він ще міг рухати очима. Він сказав команді, що хоче хірургічної трансплантації, щоб зберегти контакт зі своєю сім’єю, включаючи свого маленького сина. Його дружина та сестра дали письмову згоду на операцію.
Схвалення такого типу дослідження супроводжується етичними проблемами, каже Еран Кляйн, невролог і нейроетик з Університету Вашингтона, Сіетл. Цей чоловік не зміг передумати або відсторонитися протягом періоду після останнього контакту з рухом очей.
Дослідники вставили два масиви квадратних електродів шириною 3,2 мм у частину мозку, яка контролює рух. Коли вони попросили чоловіка спробувати поворушити руками, ногами, головою та очима, нервові сигнали не були достатньо послідовними, щоб відповісти так чи ні, каже Уджвал Чоудхурі, інженер-біомедичний і нейротехнолог німецької некомерційної організації ALS Voice.
Після майже 3 місяців невдалих зусиль команда спробувала нейрозворотній зв’язок, за допомогою якої людина намагається модулювати сигнали свого мозку, отримуючи в режимі реального часу вимірювання того, чи працює він. Чутний тон ставав вищим у міру прискорення електричного спрацьовування нейронів поблизу імплантату, і нижчим, коли він сповільнювався. Дослідники попросили учасника змінити це ігрове поле, використовуючи будь-яку стратегію. У перший день він може переміщати поле, а на 12 день він може зіставити його з цільовим кроком. «Це було як музика на слуху», — згадує Чоудхурі. Дослідники налаштували систему, відшукавши нейрони з найбільшою реакцією та визначивши, як кожен з них змінився завдяки зусиллям учасників.
Натискаючи високий або низький тон, чоловік може потім вказати «так» і «ні» на групи літер, а потім окремі літери. Приблизно через 3 тижні роботи з системою він зробив чітке речення: він попросив опікунів змінити його статус. Наступного року він випустив десятки речень із виснажливою швидкістю приблизно один символ за хвилину: «Гуляш і суп із запашного горошку». «Я хотів би послухати альбом Tool вголос». «Я люблю свого чудового сина».
Наприкінці він пояснив команді, що регулював тон, намагаючись рухати очима. Але це йому не завжди вдавалося. Лише через 107 із 135 днів, про які йдеться у дослідженні, він міг збігатися з послідовністю цільових тонів з точністю 80%, і лише у 44 із цих 107 він міг створити чітке речення.
«Ми можемо лише здогадуватися», що сталося останніми днями, каже Ванстінсел. Можливо, учасник спав або просто не в настрої. Можливо, сигнал мозку був занадто слабким або змінним, щоб оптимально налаштувати систему декодування комп’ютера, що вимагало б щоденного калібрування. Споріднені нейрони могли дрейфувати в електроди та з них, зазначає співавтор Йонас Ціммерманн, нейробіолог із Центру біоінженерії та нейронауки Wyss.
Однак дослідження показує, що можна підтримувати зв’язок з людиною, коли вона стає обмеженою, адаптувавши інтерфейс до їхніх здібностей, каже Мелані Фред Окін, яка вивчає інтерфейс мозок-комп’ютер в Університеті охорони здоров’я та науки Орегона. “так холодно.” Але вона зазначила, що сотні годин були розроблені, протестовані та обслуговуються для спеціальної системи. «Ми ще далекі від того, щоб перевести це в стан допоміжних технологій, який може придбати сім’я».
Кляйн каже, що демонстрація також піднімає етичні питання. Він зазначає, що обговорювати переваги догляду наприкінці життя досить важко для людей, які вміють говорити. “Чи можете ви вести одну з тих справді складних розмов за допомогою одного з цих пристроїв, який дозволяє говорити лише три речення на день? Ви точно не хочете неправильно тлумачити ні слово, ні слово там”. Циммерман каже, що дослідницька група визначила, що медичне обслуговування учасника не повинно залежати від інтерфейсу. «Якби на виході перевірки було: «Я відключаю апарат ШВЛ», ми б цього не зробили». Але він додає, що члени сім’ї мають інтерпретувати бажання пацієнта так, як вважають за потрібне.
Фонд Чоудхурі шукає фінансування, щоб поставити подібні імплантати багатьом людям з бічним аміотрофічним склерозом. За його оцінками, система коштуватиме приблизно 500 000 доларів США протягом перших двох років. Тим часом Циммерманн і його колеги розробляють пристрій для обробки сигналів, який прикріплюється до голови за допомогою магнітів, а не фіксується через шкіру, що ризикує інфікуватися.
До цих пір пристрої, які зчитують сигнали ззовні черепа, не дозволяли робити заклинання. У 2017 році про це заявила команда Може точно класифікувати 70% відповідей «так» чи «ні». з повністю закритого мозку учасника за допомогою неінвазивної методики, яка називається функціональна інфрачервона спектроскопія (fNIRS). Двоє співавторів нового дослідження, Чоудхурі та нейробіолог із Тюбінгенського університету Нільс Бірбаумер, були частиною цієї команди. Але інші дослідники висловили занепокоєння щодо статистичного аналізу дослідження. Два розслідування виявили порушення в 2019 році, а дві документи були вилучені. Чоударі каже, що автори подали до суду, щоб оскаржити висновки про порушення. Ширер, який скептично ставився до дослідження fNIRS, каже, що результати газового пристрою «безперечно безпечніші».
Дослідники Центру Wyss продовжують працювати з учасником цього дослідження, але його правописні здібності ослабли, і тепер він часто відповідає на запитання «так» або «ні», — каже Циммерман. Він каже, що частково винна рубцева тканина навколо імплантату, оскільки вона блокує нервові сигнали. Когнітивні фактори також можуть зіграти певну роль: мозок учасника може втратити здатність керувати пристроєм через роки відсутності можливості впливати на навколишнє середовище. Циммерман каже, що дослідницька група зобов’язалася підтримувати пристрій до тих пір, поки він продовжує використовуватися. «Є величезна відповідальність. Ми це повністю усвідомлюємо».
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
