Мозговой имплантат позволяет чувствовать искусственную руку каждым пальцем

Увеличивая число электродов, имплантированных в мозг, можно добиться более детальной чувствительности для протеза.

Парализованным людям мало вернуть подвижность, нужно ещё вернуть их ногам и рукам чувствительность. Подвижность и чувствительность неразрывно связаны – вряд ли мы смогли бы контролировать наши движения, если бы не ощущали, как мы касаемся предметов, если бы не ощущали боль, тепло, холод и т. д. Ту же самую проблему приходится решать и при конструировании протезов: электромеханическая конечность не просто должна сгибаться, она должна чувствовать.

Впрочем, в случае протезов тут удалось достичь значительных успехов. Так, два года назад в Science Translational Medicine вышло сразу две статьи, авторы которых описывали механические руки, которые удалось сделать весьма чувствительными: с помощью такой руки можно было осторожно взять стакан, не разбив его, отличить на ощупь круглое от квадратного, а гладкую поверхность от шершавой.

Но если у человека нет только руки (или ноги), а всё остальное цело, то механическое устройство можно просто подключить к периферическим нервам, которые раньше работали с настоящей конечностью, а теперь остались без дела. Тогда импульсы от сенсорных датчиков протеза пойдут по нервам в спинной мозг, а потом и в головной мозг.

Если же речь идёт о парализованном пациенте, то тут возникает дополнительное препятствие: паралич случается из-за повреждения спинного мозга, и для того, чтобы дать подвижность и чувствительность руке или ноге (или протезу, который их заменит), нужно думать о том, как соединить их с мозгом в обход места травмы.

Очевидно, можно посылать сигналы от датчиков прямо в соматосенсорную кору, которая занимается обработкой «касательных» ощущений. Эксперименты показали, что когда больным, которым по каким-то посторонним медицинским причинам делали операцию на головном мозге, электрическими разрядами стимулировали соматосенсорную зону, они что-то чувствовали – например, как будто они трогают вибрирующую поверхность.

Однако ощущения их были не очень естественными: всё-таки когда мы собственной рукой проводим по наждачной бумаге, то воспринимаем трение каждым из пяти пальцев и ещё ладонью, и вот как раз такой сенсорной дифференциации при искусственной стимуляции мозга не было – ощущения были довольно приблизительными.

И вот Роберту Гонту (Robert A. Gaunt) и его коллегам из Питтсбургского университета удалось сделать так, чтобы мозг парализованного чувствовал именно каждым пальцем. Тридцатилетнему мужчине, который 12 лет назад попал в аварию и у которого ноги и руки утратили подвижность и чувствительность, вживляли в соматосенсорную кору два микрочипа, каждый около 4 мм в поперечнике; кроме того, дополнительные электроды были ещё и в двигательной зоне, контролирующей движения рук.

Все мозговые имплантаты были связаны не с настоящей рукой, а с механической, которая «общалась» с мозгом через компьютер. Когда кто-то касался датчиков на руке, человек это чувствовал – и, что самое важное, он чувствовал именно прикосновение к конкретному пальцу. (Подчеркнём, что речь идёт именно о чувстве давления, касания чего-то твёрдого; ощущений тепла, холода, боли и т. д. в данном случае мозг не получал.)

В статье в Science Translational Medicine говорится, что чувствительность сохранялась на протяжении полугода – таков был срок полностью задокументированного эксперимента, описанного в публикации. Однако на данный момент электроды находятся в мозге у «подопытного» уже 17 месяцев, и, по словам авторов работы, у него всё остаются по-прежнему: электроды сохраняют связь с мозгом, а мозг продолжает принимать сигналы, причём такая электростимуляция не причиняет ему, по-видимому, никаких неудобств. Конечно, электромеханическая рука – это не то что своя, но ведь можно парализованную руку заключить в экзоскелет, который будет за неё и чувствовать, и двигаться.

Детальных «пальцевых» ощущений удалось добиться благодаря более точным и более мощным имплантатам; возможно, здесь стоит и дальше идти именно в том же направлении, то есть увеличивать число электродов и совершенствовать алгоритмы обработки сигнала. Однако если до зоны мозга, которая принимает сигналы от рецепторов давления, добраться сравнительно просто, она, можно сказать, лежит на поверхности, то вот к участкам коры, благодаря которым мы ощущаем движение как таковое, проникнуть уже намного сложнее, и надо очень сильно исхитриться, чтобы поставить на них чип.

А ведь есть ещё и температурное чувство, и чувство боли; а ведь, кроме рук, есть ещё и ноги, и их нейронные зоны спрятаны глубже, чем зоны рук. Некоторые скептики вообще сомневаются, что нам удастся полностью уподобить протезы живым конечностям: в наших руках и ногах работает огромное множество рецепторов, обменивающихся с мозгом множеством сложных сигналов, и вряд ли в мозг можно установить столько электродов, чтобы заставить электромеханическую конечность работать так же, как работает настоящая рука или нога.

Впрочем, поживём – увидим; в конце концов, ещё не так давно казалось невероятным, что мозг в принципе можно заставить хоть как-то чувствовать протез.