Мозговой имплантат вернул парализованной женщине возможность общаться
По всему миру команды специалистов работают над созданием приспособлений, которые контролируются непосредственно головным мозгом. Подобные устройства помогут людям, обездвиженным по причине нейромышечного заболевания, такого как БАС.
Полностью парализованная женщина вновь может общаться с близкими с помощью установленного в мозг имплантата. Интерфейс «мозг-компьютер» впервые был использован в домашних условиях для удовлетворения ежедневных потребностей пациента. С этим устройством пациентка прожила уже целый год (материал написан в ноябре 2016 г. — Прим.) Прибор не нуждается в калибровке и постоянной технической проверке со стороны врачей и инженеров.
«Быть первой — большая честь», — говорит НВ, пациентка 58 лет, пожелавшая остаться анонимной. В 2008 году ей был диагностирован боковой амиотрофический склероз (БАС). Болезнь повреждает двигательные нейроны, в результате пациенты не могут контролировать свое тело. Через несколько лет после постановки диагноза НВ потеряла способность самостоятельно дышать, ей потребовался аппарат искусственной вентиляции легких. «Она была заперта в собственном теле», — говорит Ник Рэмси, сотрудник Центра мозга в университетском медицинском центре Утрихта в Голландии. Когда Рэмси впервые встретился с НВ, женщина использовала айтрекер (англ. eye-tracker — прибор, позволяющий работать на компьютере с помощью движений глаз — Прим.). Он позволял ей открывать письма на экране, набирать слова. Но рано или поздно и им становится невозможно пользоваться: один из трех пациентов с БАС со временем теряет способность двигать глазами. По всему миру команды специалистов работают над созданием приспособлений, которые контролируются непосредственно головным мозгом. Это бы сильно помогло таким больным, как НВ.
Эти устройства считывают активность мозга и трансформируют ее в сигнал, с помощью которого можно управлять компьютером или, например, искусственной роботизированной конечностью-протезом. До сегодняшнего дня не удавалось внедрить и адаптировать эти приборы к ежедневным потребностям людей. Постоянно требовалась калибровка и контроль команды инженеров, кроме того многие приборы устроены так сложно, что не могут работать в беспроводном режиме.
«На самом деле они никому не могли принести пользы, — говорит Рэмси, — и мы подумали: давайте сделаем эти приспособления простыми и доступными для тех, кто реально в них нуждается».
Что на уме
В устройствах, разработанные командой Рэмси, используются электроды, помещенные на поверхность головного мозга, прямо под черепными костями. Это делает их более инвазивными по сравнению с внешними устройствами, такими как шлем с функцией ЭЭГ, но в то же время менее инвазивными, чем глубокая стимуляция мозга, применяемая для лечения болезни Паркинсона.
Когда активность мозга записывается электродом, сигнал подается по проводу на небольшое устройство, которое имплантируется под кожу на груди. Затем сигнал по беспроводной системе передается на внешний планшет, который переводит его в нажатие или «клик» мышки. Если установить на планшет другие программы и приложения, то такой клик можно использовать для многих целей, например, игры или написания и произнесения слов.
В прошлом году НВ добровольно решила стать первым пациентом, кто на себе испытал работу устройства. «Я хочу внести вклад в дело улучшения жизни таких людей, как я», — говорит она.
Команда специалистов поместила два электрода на поверхность головного мозга НВ: один расположен в зоне контроля движений правой руки, другой — в области, используемой для обратного счета. После многочисленных тренировок, включавших разные игры, такие как «ударь крота», в которой из нор вылезает мордочка зверька, и нужно успеть по ней ударить, пока она снова не исчезла) или «понг», а также составление и написание слов, пациентка научилась контролировать прибор, представляя себе, что совершает движения правой рукой и тем самым формируя «клик». Делая доклад на ежегодной встрече Общества нейронауки в Сан-Диего, Калифорния, Рэмси сказал, что НВ с первого дня могла создавать сигнал, но уже через полгода частота удачных сигналов составила 95%. «Система действительно работает, — говорит он, — это нас сильно удивило».
Вкус свободы
Если говорить об общении, то скорость набора довольно низкая: на одно слово может уходить несколько минут. Но НВ регулярно тренируется и скорость подачи сигналов растет. В начале ей требовалось 50 секунд, чтобы выбрать букву, теперь она делает это за 20.
Несмотря на то, что айтрекер, которым раньше пользовалась НВ, быстрее набирает слова, значительное преимущество имплантата в том, что его можно использовать на улице. Айтрекер с трудом распознает взгляд вне дома, при естественном освещении. Рэмси говорит, что из-за этого НВ всегда чувствовала себя неуверенно в путешествиях.
«Теперь я могу общаться на улице, где не работает компьютер с установленным айтрекером, — говорит НВ. — Я чувствую себя более уверенно и независимо, когда выезжаю из дома».
Пациентка пока не научилась управлять устройством с помощью обратного счета — электрод, помещенный на эту зону мозга, является запасным, он всегда готов к использованию в случае, если область, ответственная за движение, перестанет функционировать.
Возвращая себе контроль
У прибора есть свои плюсы и минусы. Николас Хатсопоулос из университета Чикаго в Иллионойсе считает, что установка электродов на поверхность мозга — это хороший компромисс между использованием чувствительных, но сильно инвазивных глубоких электродов и внешним шлемом с ЭЭГ, который надевают на голову. Система работает без внешней подзарядки, она незаметна для окружающих, — это важно для многих кандидатов на установку имплантата. Прибор устроен очень просто, и это удобно для домашнего использования. «Это невероятно простая система, она не требует крутых компьютеров», — говорит Рэмси. Недостаток прибора в том, что информация, которую можно получить с его помощью, ограничена. Пока маловероятно, что его можно использовать для более сложных задач, таких как управление искусственной конечностью, — рассказывает Эндрю Джэксон (Andrew Jackson) из университета Ньюкастла в Великобритании.
Подобное устройство является хорошим выходом для людей, обездвиженных либо по причине нейромышечного заболевания, такого как БАС, либо из-за тяжелого инсульта. «Для таких больных этот прибор может быть очень полезным», — говорит Хатсопоулос.
Рэмси и его команда надеются протестировать прибор и на других пациентах. Сегодня, когда специалисты улучшили программное обеспечение планшета, Рэмси надеется, что следующий доброволец сможет обучиться использовать прибор быстрее. Более совершенные программы, способные предсказывать и заканчивать слова, узнавая первые несколько букв, смогут ускорить процесс общения.
Команда Рэмси надеется изобрести прибор, который будет трансформировать «клик» в другие функции. «Адекватное оборудование позволит парализованным людям, например, выключать телевизор, — говорит Рэмси. — Мы могли бы использовать изображения предметов, чтобы контролировать всю бытовую технику дома. Вы сможете выполнять ощутимо больше дел с помощью «клика».
«Моя мечта суметь управлять моим инвалидным креслом», — признается НВ.
«Прошел год с тех пор, как пациентке был имплантирован прибор. Она говорит, что устройство стало частью ее самой, она использует его несколько раз в неделю, — говорит Рэмси. — Она даже представить не могла, что в конечном итоге он будет так много значить в ее жизни».