Obnovení hmatu již není jen laboratorní kuriozitou. Pro lidi s poraněním míchy se to stává realitou a konečně přicházejí data o dlouhodobých výsledcích.
Vědci z University of Pittsburgh a University of Chicago zveřejnili dosud nejdelší studii o tom, jak lidský mozek snáší elektrickou stimulaci k obnovení pocitu. Výsledky byly spolehlivé. Dokazují, že intrakortikální mikrostimulace může bezpečně přenášet umělé dotykové signály po dobu let spíše než dnů nebo týdnů.
Nejde jen o akademický výzkum. To je důkaz, že takové systémy mohou opustit laboratoře a vstoupit do lidských domovů.
Data za pulzem
Studie publikované v časopise Science Translational Medicine se zúčastnilo pět dobrovolníků s poraněním míchy. Těmto jedincům byla implantována rozhraní mozku a počítače (BCI). Některá z těchto zařízení mají v mozku mnoho let.
Celkový kumulativní čas pozorování? 27 let.
Během tohoto období systémy dodaly přibližně 168 milionů elektrických impulsů. 168 milionů. A ještě? Nebyly zaznamenány žádné závažné nežádoucí účinky.
“Aby rozhraní mozek-počítač mělo skutečnou hodnotu, musí bezpečně fungovat roky. Tato studie ukazuje, že mikrostimulace to dokáže.” — Robert Gaunt
Robert Gaunt, hlavní autor studie a odborný asistent rehabilitačního neurovědního inženýrství na University of Pittsburgh, to říká bez obalu. Průmysl se musí posunout za hranice krátkodobých experimentů. Tato práce nastavuje nové standardy pro klinickou použitelnost a ukazuje, že technologie je dostatečně stabilní pro použití v reálném životě.
Jak funguje umělý dotek
Abychom pochopili význam těchto výsledků, musíme pochopit, jak se obvykle cítíme. Při hodnocení tlaku, textury a síly úchopu spoléháme na dotek. Bez ní se používání robotické paže stává vizuální hrou: musíte se dívat na své prsty, abyste zjistili, zda drtíte vejce nebo držíte sklenici. Je to nesmírně únavné.
BCI fungují dvěma způsoby. Čtou nervovou aktivitu pro ovládání zařízení. Ale mohou také vysílat signály uvnitř mozku.
V těchto experimentech jsou do somatosenzorické kůry aplikovány drobné elektrické impulsy. Toto je oblast mozku, která zpracovává pocity v těle. Stimulací této oblasti mohou vědci oklamat mozek, aby vnímal dotek. Toto je zpětná vazba. Je to zpětná vazba, díky které je neuroprotéza opravdu užitečná.
Spolupráce mezi Pittsburghem a Chicagem na tomto problému probíhá již více než deset let. V roce 2012 začali implantovat elektrody do motorického kortexu pro ovládání paží. Do roku 2015 přidali smyslovou stimulaci. V Chicagu byl v roce 2020 vyškolen první účastník s implantovanými motorickými a senzorickými elektrodami.
Tato nová studie odpovídá na otázky, na které krátkodobé studie nemohou odpovědět:
- Způsobuje opakovaná stimulace dlouhodobé poškození?
- Migrují umělé vjemy do nesprávných částí těla?
- Slábnou vjemy nebo se jejich povaha časem mění?
Výsledky byly stabilní
Odpověď na všechny tyto otázky byla v podstatě negativní.
Impulzy vyslané do oblasti mozku zodpovědné za ruku neustále vyvolávaly pocity v ruce. Ani po letech se pocity „nevyplavily“ do jiných oblastí. Přesnost je zachována.
A co reziduální efekty? Přetrvává pocit, když stimulace přestane?
Přetrvává velmi zřídka. Přetrvávající pocity se vyskytly pouze asi v jednom případě z 23 000 pokusů o stimulaci. Pro kontext je to neuvěřitelně vzácné. Většina signálů zmizela do 10 sekund po zastavení pulzu. Nebyla žádná bolest ani potřeba lékařského zásahu. Systém fungoval tiše, předvídatelně a bezpečně.
Úskalí: elektrody nevydrží věčně
Když je všechno tak dokonalé, proč přestat?
Hlavním omezením není bezpečnost, ale výbava.
Výkon elektrod se časem snižoval. V průměru zůstalo u všech účastníků funkčních 64 % elektrod. To zní dobře, když se podíváte pozorně. U jednoho subjektu 60 % elektrod nadále fungovalo i po 10 letech. Ale míra poklesu účinnosti se ke konci studie zrychlila.
Mozek tedy přenáší signál dobře. Tělo je v pořádku. Elektrody se prostě unaví.
Toto je další inženýrská výzva. Charles Grenspon, hlavní autor studie a odborný asistent na University of Chicago, poznamenává, že tato stabilita umožňuje průmyslu začít vyvíjet řešení pro domácí použití. Věda funguje. Hardware prostě musí odpovídat úrovni vědeckého pokroku.
Mimo dotek
Není to jen o pocitu konečků vašich prstů.
Pro obnovení zraku a sluchu se zkoumají podobné mikrostimulační strategie. Pokud lze tytéž oblasti mozku bezpečně stimulovat k obnovení hmatu, možná je lze použít pro zrak a sluch. Základní strategie je příslibem pro obnovení několika ztracených smyslů.
Tato technologie není žádná magie. To je strojírenství. A po 168 milionech pulzů nyní víme, že je to bezpečné.
Elektrody mohou degradovat. Věda zůstává pevná. Přejdeme od otázky „můžeme to udělat?“ na otázku “jak to udělat, aby to fungovalo dlouho?”
