Відновлення почуття дотику перестало бути просто лабораторним курйозом. Воно стає реальністю для людей з травмами спинного мозку, і нарешті надходять дані про їх довгострокові результати.
Вчені з Університету Піттсбурга і університету Чикаго опублікували найдовше на сьогодні дослідження про те, як людський мозок переносить електричну стимуляцію для відновлення чутливості. Результати виявились надійними. Вони доводять, що внутрішньокоровальна мікростимуляція може безпечно передавати штучні сигнали торкання протягом багатьох років, а не днів чи тижнів.
Це не просто академічні дослідження. Це доказ того, що такі системи можуть вийти з лабораторій та потрапити до будинків людей.
Дані, що стоять за імпульсом
У дослідженні, опублікованому в журналі Science Translational Medicine, взяли участь п’ять добровольців з травмами спинного мозку. У цих людей було імплантовано інтерфейси «мозок-комп’ютер» (BCI). Деякі з цих пристроїв перебували у їхньому мозку вже багато років.
Загальний сукупний час спостереження? 27 років.
За цей період системи подали приблизно 168 мільйонів електричних імпульсів. 168 мільйонів. Проте? Не було зафіксовано серйозних небажаних явищ.
Щоб інтерфейси „мозок-комп’ютер“ мали реальне значення, вони повинні безпечно працювати роками. Це дослідження показує, що мікростимуляція здатна саме цього». – Роберт Гаунт
Роберт Гаунт, старший автор дослідження та доцент кафедри реабілітаційної нейронаукової інженерії Університету Піттсбурга, висловлюється прямо. Галузі необхідно вийти за межі короткострокових експериментів. Ця робота встановлює нові стандарти клінічної застосування та показує, що технологія досить стабільна для використання в реальному житті.
Як працює штучний дотик
Щоб зрозуміти важливість цих результатів, потрібно розібратися у тому, як ми зазвичай відчуваємо. Ми спираємося на дотик, щоб оцінювати тиск, текстуру та силу хвату. Без нього використання роботизованої руки перетворюється на візуальну гру: вам доводиться уважно дивитися на пальці, щоб зрозуміти, чи роздавлюєте ви яйце, чи тримаєте склянку. Це дуже втомлює.
BCI працюють у двох напрямках. Вони зчитують нейронну активність для керування пристроями. Але вони також можуть посилати сигнали всередину мозку.
У цих експериментах крихітні електричні імпульси впливають на соматосенсорну кору. Це область мозку, яка обробляє відчуття тіла. Стимулюючи цю зону, дослідники можуть обдурити мозок, змусивши його відчувати дотик. Це зворотний зв’язок. Саме зворотний зв’язок робить нейропротез реально корисним.
Співпраця між Піттсбургом та Чикаго велася над цією проблемою понад десятиліття. Вони почали імплантувати електроди у моторну кору у 2012 році для керування руками. До 2015 року вони додали сенсорну стимуляцію. У Чикаго першого учасника з імплантованими моторними та сенсорними електродами підготували у 2020 році.
Це нове дослідження відповідає питанням, які можуть вирішити короткострокові випробування:
- Чи викликає повторювана стимуляція шкоду в довгостроковій перспективі?
- Чи мігрують штучні відчуття в невірні частини тіла?
- Чи слабшають відчуття чи змінюють свій характер з часом?
Результати виявилися стабільними
Відповідь на всі ці питання була по суті негативною.
Імпульси, спрямовані в ділянку мозку, що відповідає за руку, послідовно викликали відчуття саме у руці. Навіть через роки відчуття не «розмивалися» іншими ділянками. Точність збереглася.
Що щодо залишкових ефектів? Відчуття лишається, коли стимуляція припиняється?
Воно зберігається дуже рідко. Персистирующие відчуття виникали приблизно в одному випадку на 23 000 спроб стимуляції. Для контексту це неймовірно рідко. Більшість сигналів зникали протягом 10 секунд після припинення імпульсу. Не було ні болю, ні потреби у медичному втручанні. Система працювала тихо, передбачувано та безпечно.
Підводний камінь: електроди не вічні
Якщо все так ідеально, то чому варто зупинятися?
Основне обмеження стосується не безпеки, а обладнання.
Працездатність електродів з часом знижувалася. У середньому 64% електродів залишалися функціональними у всіх учасників. Це звучить непогано, якщо подивитися уважніше. В одного суб’єкта 60% електродів продовжували працювати через 10 років. Але темпи зниження ефективності прискорювалися ближче до кінця дослідження.
Тож мозок добре переносить сигнал. Організм гаразд. Просто електроди «втомлюються».
Це наступний інженерний виклик. Чарльз Гренспон, провідний автор дослідження та асистент-професор університету Чикаго, зазначає, що ця стабільність дозволяє індустрії починати розробку рішень для домашнього використання. Наука працює. Просто залізу потрібно відповідати рівню наукового прогресу.
За межами дотику
Йдеться не лише про відчуття кінчиків пальців.
Подібні стратегії мікростимуляції досліджуються для відновлення зору та слуху. Якщо ті ж області мозку можна безпечно стимулювати для відновлення дотику, то, ймовірно, їх можна використовувати і для зору і слуху. Базова стратегія багатообіцяюча для відновлення кількох втрачених почуттів.
Ця технологія – не магія. Це – інженерія. І після 168 мільйонів імпульсів ми знаємо, що вона безпечна.
Електроди можуть деградувати. Наука залишається жорсткою. Ми переходимо від питання «чи можемо це зробити?» до питання «як зробити так, щоб це працювало довго?».
