Мозговой имплантат помогает общаться при полном параличе
Меняя усилием воли высоту компьютерного звука, пациент с болезнью Лу Герига может немного общаться с другими людьми.
Существует целый набор нейродегенеративных заболеваний — болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона и т. д., и общее у них то, что нейроны по какой-то причине начинают погибать. Причины не всегда понятны, но так или иначе, происходит деградация нервной ткани и утрата функций мозга. При этом разные нейродегенеративные болезни бьют по разным мишеням. Например, при боковом амиотрофическом склерозе (БАС, или болезнь Лу Герига) гибнут моторные нейроны, то есть те, которые заставляют мышцы двигаться, напрягаться и расслабляться. Речь идёт обо всех мышцах вообще, то есть в какой-то момент человек перестаёт разговаривать и двигать глазами, его приходится искусственным образом кормить и также искусственным образом поддерживать дыхание. Как и все нейродегенеративные расстройства, БАС неизлечим, и большинство больных умирают в течение пяти лет после диагноза. Притом интеллектуальные способности болезнь затрагивает не всегда, то есть с больным можно было бы общаться, если бы только он мог как-то отвечать. Но как он мог бы это сделать, если мимические мышцы и мышцы глаз бездействуют?
Декодировать активность мозга в речь невозможно — по крайней мере, сейчас, но есть кое-какие обходные пути. Сотрудники женевского Центра Висса вместе с коллегами из Германии, США и Кипра описывают в Nature Communications, как им удалось наладить общение с полностью парализованным пациентом с БАС. Исследователи работали с мужчиной, который четыре года назад, когда ему было 32 года и у него ещё двигались глаза, дал разрешение имплантировать себе в мозг электроды в надежде на то, что они потом помогут ему общаться с семьёй. Две квадратные пластинки площадью 3,2 мм2 с 64 микроэлектродами каждая накладывали на ту часть мозга, которая управляет движениями. Затем пациента просили представить, что он двигает рукой, ногой, головой или глазами, одновременно считывая активность нейронов в двигательной зоне. Смысл был в том, чтобы представление о движении можно было бы расценить как «да» или «нет» — представляя, как он двигает рукой или глазами, пациент мог бы соглашаться или не соглашаться с тем, что он видит или слышит. По нейронной активности можно было бы понять, что он «говорит», но таким способом никаких однозначно надёжных сигналов от нейронов получить не удалось.
Тогда исследователи реши поступить иначе: они связали нейронные сигналы со звуком, который становился выше или ниже в зависимости от того, становились ли нейроны активнее или же успокаивались. Пациента просили усилием воли сделать звук выше или ниже — что при этом он будет себе представлять, было неважно. И у него получилось: сначала он просто менял высоту звука, а на двенадцатый день тренировок он смог довести свой звук до заданной высоты (то есть ему нужно было добиться того, что звук от его нейронов совпал бы с другим, который звучал параллельно). Пациент «сказал», что он управляет звуком, представляя движения глаз, исследователи же, со своей стороны, постарались подобрать для электродных пластин такое место в двигательной коре, где изменения «звуковой» активности нейронов можно было различить лучше всего. («Звуковую» активность мы берём в кавычки, потому что тут имеется в виду просто перекодирование каких-то нейронных сигналов в звук; ни о слухе, ни пении речь не идёт.)
Повышая или понижая звук, пациент мог соглашаться или не соглашаться с буквами или слогами, которые ему показывали. В результате через три недели он смог составить внятное предложение, попросив тех, кто за ним ухаживает, чтобы они сменили ему позу. Спустя год он уже с помощью звуков мог «печатать» со скоростью один символ в минуту. Правда, точность такого декодирования была не стопроцентной: из 135 сеансов общения, описанных в статье, только в 107 случаях пациент мог с точностью 80% довести свой звук до нужной высоты, и только в 44 случаях из этих 107 в результате получалось осмысленное предложение. Почему срывались остальные попытки, можно только догадываться: может быть, сигнал от нейронов был слишком слаб, может быть, дело было в настройках компьютерного декодера, может быть, чистоте «звукового» сигнала мешали нейронные импульсы из каких-то других зон мозга. Но, так или иначе, какое-то общение всё же происходило, и подобную систему можно было бы использовать не только у пациентов с боковым амиотрофическим склерозом, но и с другими пациентами, которые имели несчастье получить полный паралич по каким-то иным причинам.
Год назад мы рассказывали про другую статью на ту же тему — как наладить общение с парализованным человеком. Её авторы описывали несколько другой подход: вживлённые в мозг электроды считывали письменные и речевые сигналы нейронов и сопоставляли их с буквами алфавита. То есть человек как бы писал в уме, а машина печатала на экране, причём скорость печати составляла до 90 символов в минуту.
