Восстановление чувства осязания перестало быть просто лабораторным курьезом. Оно становится реальностью для людей с травмами спинного мозга, и наконец-то поступают данные об их долгосрочных результатах.
Ученые из Университета Питтсбурга и Чикагского университета опубликовали самое длительное на сегодня исследование о том, как человеческий мозг переносит электрическую стимуляцию для восстановления чувствительности. Результаты оказались надежными. Они доказывают, что внутрикоровальная микростимуляция может безопасно передавать искусственные сигналы касания в течение многих лет, а не дней или недель.
Это не просто академические изыскания. Это доказательство того, что такие системы могут выйти из лабораторий и попасть в дома людей.
Данные, стоящие за импульсом
В исследовании, опубликованном в журнале Science Translational Medicine, приняли участие пять добровольцев с травмами спинного мозга. У этих людей были имплантированы интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI). Некоторые из этих устройств находились в их мозгу уже много лет.
Общее совокупное время наблюдения? 27 лет.
За этот период системы подали примерно 168 миллионов электрических импульсов. 168 миллионов. И тем не менее? Не было зафиксировано никаких серьезных нежелательных явлений.
«Чтобы интерфейсы „мозг-компьютер“ имели реальное значение, они должны безопасно работать годами. Это исследование показывает, что микростимуляция способна именно на это». — Роберт Гаунт
Роберт Гаунт, старший автор исследования и доцент кафедры реабилитационной нейронаучной инженерии Университета Питтсбурга, выражается прямо. Отрасли необходимо выйти за рамки краткосрочных экспериментов. Эта работа устанавливает новые стандарты клинической применимости и показывает, что технология достаточно стабильна для использования в реальной жизни.
Как работает искусственное осязание
Чтобы понять важность этих результатов, нужно разобраться в том, как мы обычно чувствуем. Мы опираемся на осязание, чтобы оценивать давление, текстуру и силу хвата. Без него использование роботизированной руки превращается в визуальную игру: вам приходится пристально смотреть на пальцы, чтобы понять, раздавливаете ли вы яйцо или держите стакан. Это крайне утомительно.
BCI работают в двух направлениях. Они считывают нейронную активность для управления устройствами. Но они также могут посылать сигналы внутрь мозга.
В этих экспериментах крошечные электрические импульсы воздействуют на соматосенсорную кору. Это та область мозга, которая обрабатывает ощущения тела. Стимулируя эту зону, исследователи могут обмануть мозг, заставив его ощущать прикосновение. Это обратная связь. А именно обратная связь делает нейропротез реально полезным.
Сотрудничество между Питтсбургом и Чикаго велось над этой проблемой более десятилетия. Они начали имплантировать электроды в моторную кору в 2012 году для управления руками. К 2015 году они добавили сенсорную стимуляцию. В Чикаго первого участника с имплантированными моторными и сенсорными электродами подготовили в 2020 году.
Это новое исследование отвечает на вопросы, которые не могут решить краткосрочные испытания:
- Вызывает ли повторяющаяся стимуляция вред в долгосрочной перспективе?
- Мигрируют ли искусственные ощущения в неверные части тела?
- Ослабевают ли ощущения или меняют свой характер со временем?
Результаты оказались стабильными
Ответ на все эти вопросы был по сути отрицательным.
Импульсы, направленные в область мозга, отвечающую за руку, последовательно вызывали ощущения именно в руке. Даже спустя годы ощущения не «размывались» по другим участкам. Точность сохранилась.
Что насчет остаточных эффектов? Ощущение остается, когда стимуляция прекращается?
Оно сохраняется крайне редко. Персистирующие ощущения возникали лишь примерно в одном случае на 23 000 попыток стимуляции. Для контекста: это невероятно редко. Большинство сигналов исчезали в течение 10 секунд после прекращения импульса. Не было ни боли, ни необходимости в медицинском вмешательстве. Система работала тихо, предсказуемо и безопасно.
Подводный камень: электроды не вечны
Если все так идеально, почему стоит останавливаться?
Основное ограничение касается не безопасности, а оборудования.
Работоспособность электродов со временем снижалась. В среднем 64% электродов оставались функциональными у всех участников. Это звучит неплохо, если посмотреть внимательнее. У одного субъекта 60% электродов продолжали работать спустя 10 лет. Но темпы снижения эффективности ускорялись ближе к концу исследования.
Так что мозг хорошо переносит сигнал. Организм в порядке. Просто электроды «устают».
Это следующий инженерный вызов. Чарльз Гренспон, ведущий автор исследования и ассистент-профессор Чикагского университета, отмечает, что эта стабильность позволяет индустрии начинать разработку решений для домашнего использования. Наука работает. Просто «железу» нужно соответствовать уровню научного прогресса.
За пределами осязания
Речь идет не только об ощущении кончиков пальцев.
Похожие стратегии микростимуляции исследуются для восстановления зрения и слуха. Если те же самые области мозга можно безопасно стимулировать для восстановления осязания, то, вероятно, их можно использовать и для зрения и слуха. Базовая стратегия многообещающа для восстановления нескольких утраченных чувств.
Эта технология — не магия. Это инженерия. И после 168 миллионов импульсов мы теперь знаем, что она безопасна.
Электроды могут деградировать. Наука остается твердой. Мы переходим от вопроса «можем ли мы это сделать?» к вопросу «как сделать так, чтобы это работало долго?».
