Przywracanie zmysłu dotyku nie jest już tylko laboratoryjną ciekawostką. Staje się to rzeczywistością w przypadku osób z urazami rdzenia kręgowego i wreszcie napływają dane na temat długoterminowych skutków.
Naukowcy z Uniwersytetów w Pittsburghu i Uniwersytetu w Chicago opublikowali najdłużej trwające w historii badanie dotyczące tego, jak ludzki mózg toleruje stymulację elektryczną w celu przywrócenia czucia. Wyniki były wiarygodne. Dowodzą, że mikrostymulacja wewnątrzkorowa może bezpiecznie przesyłać sztuczne sygnały dotykowe przez lata, a nie dni czy tygodnie.
To nie są tylko badania akademickie. To dowód na to, że takie systemy mogą opuścić laboratoria i wejść do domów ludzi.
Dane za impulsem
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science Translational Medicine wzięło udział pięciu ochotników z urazami rdzenia kręgowego. Osobom tym wszczepiono interfejsy mózg-komputer (BCI). Niektóre z tych urządzeń siedziały w ich mózgach od wielu lat.
Całkowity skumulowany czas obserwacji? 27 lat.
W tym okresie systemy dostarczyły około 168 milionów impulsów elektrycznych. 168 milionów. A jednak? Nie odnotowano żadnych poważnych zdarzeń niepożądanych.
“Aby interfejsy mózg-komputer miały prawdziwą wartość, muszą działać bezpiecznie przez lata. To badanie pokazuje, że mikrostymulacja może właśnie to zrobić. ” — Roberta Gaunta
Robert Gaunt, starszy autor badania i adiunkt inżynierii neurologii rehabilitacyjnej na Uniwersytecie w Pittsburghu, ujmuje to bez ogródek. Przemysł musi wyjść poza krótkoterminowe eksperymenty. Praca ta wyznacza nowe standardy w zakresie zastosowania klinicznego i pokazuje, że technologia jest wystarczająco stabilna, aby można ją było stosować w życiu codziennym.
Jak działa sztuczny dotyk
Aby zrozumieć znaczenie tych wyników, musimy zrozumieć, jak się zazwyczaj czujemy. Opieramy się na dotyku, aby ocenić nacisk, teksturę i siłę chwytu. Bez tego używanie robotycznego ramienia staje się grą wizualną: musisz wpatrywać się w swoje palce, aby zorientować się, czy miażdżysz jajko, czy trzymasz szklankę. To niezwykle męczące.
BCI działają na dwa sposoby. Odczytują aktywność neuronową, aby sterować urządzeniami. Ale mogą także wysyłać sygnały wewnątrz mózgu.
W tych eksperymentach do kory somatosensorycznej przykładane są maleńkie impulsy elektryczne. Jest to obszar mózgu przetwarzający doznania w ciele. Stymulując ten obszar, badacze mogą oszukać mózg, aby wyczuł dotyk. To jest informacja zwrotna. To właśnie sprzężenie zwrotne sprawia, że neuroproteza jest naprawdę użyteczna.
Współpraca między Pittsburghiem a Chicago w tym zakresie trwa od ponad dziesięciu lat. W 2012 roku zaczęli wszczepiać elektrody w korze ruchowej, aby kontrolować ramiona. Do 2015 roku dodali stymulację sensoryczną. W Chicago w 2020 roku przeszkolono pierwszego uczestnika z wszczepionymi elektrodami motorycznymi i czuciowymi.
To nowe badanie odpowiada na pytania, na które nie mogą odpowiedzieć badania krótkoterminowe:
- Czy powtarzana stymulacja powoduje szkody na dłuższą metę?
- Czy sztuczne doznania migrują do niewłaściwych części ciała?
- Czy odczucia słabną lub zmieniają się z biegiem czasu?
Wyniki były stabilne
Odpowiedź na wszystkie te pytania była zasadniczo negatywna.
Impulsy wysyłane do obszaru mózgu odpowiedzialnego za rękę konsekwentnie powodowały odczucia w dłoni. Nawet po latach doznania nie „przepłynęły” na inne obszary. Dokładność zostaje zachowana.
A co z efektami resztkowymi? Czy uczucie utrzymuje się po ustaniu stymulacji?
Utrzymuje się niezwykle rzadko. Trwałe odczucia wystąpiły tylko w około jednym przypadku na 23 000 prób stymulacji. Biorąc pod uwagę kontekst, jest to niezwykle rzadkie. Większość sygnałów zniknęła w ciągu 10 sekund po ustaniu impulsu. Nie było bólu ani potrzeby interwencji lekarskiej. System działał cicho, przewidywalnie i bezpiecznie.
Pułapka: elektrody nie są wieczne
Jeśli wszystko jest takie idealne, po co to przerywać?
Główne ograniczenie nie dotyczy bezpieczeństwa, ale sprzętu.
Z biegiem czasu wydajność elektrod spadała. U wszystkich uczestników średnio 64% elektrod pozostało funkcjonalnych. Brzmi nieźle, jeśli przyjrzysz się uważnie. U jednego pacjenta 60% elektrod nadal działało po 10 latach. Jednak tempo spadku skuteczności przyspieszyło pod koniec badania.
Zatem mózg dobrze przenosi sygnał. Ciało jest w porządku. Elektrody po prostu się męczą.
To kolejne wyzwanie inżynierskie. Charles Grenpon, główny autor badania i adiunkt na Uniwersytecie w Chicago, zauważa, że ta stabilność pozwala branży na rozpoczęcie opracowywania rozwiązań do użytku domowego. Nauka działa. Sprzęt musi jedynie odpowiadać poziomowi postępu naukowego.
Poza dotykiem
Nie chodzi tylko o czucie opuszków palców.
Badane są podobne strategie mikrostymulacji w celu przywrócenia wzroku i słuchu. Jeśli uda się bezpiecznie pobudzić te same obszary mózgu, aby przywrócić zmysł dotyku, być może uda się je wykorzystać do wzroku i słuchu. Podstawowa strategia obiecuje przywrócenie kilku utraconych zmysłów.
Ta technologia nie jest magią. To jest inżynieria. A po 168 milionach impulsów wiemy już, że jest to bezpieczne.
Elektrody mogą ulec degradacji. Nauka pozostaje solidna. Odchodzimy od pytania „czy możemy to zrobić?” na pytanie „jak sprawić, żeby działało długo?”
