Знание-сила, 2008 № 03 (969)

Недостаток самого эксперимента, в котором участвовал Нэгл, очевиден, ведь пациента легко могли инфицировать — в течение нескольких месяцев в его черепе зияло отверстие. До сих пор известны лишь отдельные примеры удачного вживления электродов в человеческий мозг. Опыты на животных к тому же показали, что вероятность отторжения имплантата очень высока. При первом же контакте с чужеродным телом нервная ткань защищается. Вокруг него вырастает экран из соединительной ткани. Электрод перестает проводить электрические сигналы.

И все же, по оценкам исследователей, уже к 2010—2012 годам этот метод можно будет применять в клиниках — при условии, что будут разработаны беспроводные системы передачи нервных импульсов в операционную систему компьютера. Благодаря протезу мозг человека, бессрочно заключенного в тюрьму своего тела, может выбраться на свободу, начать снова изъясняться на понятном всем языке.

Другой пример подхода к лечению подобных больных — «машина для чтения мыслей». Электроды, прикрепленные к голове человека, непрерывно снимают его электроэнцефалограмму и передают ее на компьютер, в памяти которого хранятся характерные образцы активности мозга, например, этот узор ЭЭГ соответствует движению руки, этот — ноги. В одном случае, допустим, включатся приборы, присоединенные к компьютеру, в другом — сдвинется с места инвалидное кресло.

После тренировки — а она длится порой месяцами — пациенты приучаются перемещать курсор компьютера одним напряжением мысли и могут даже общаться по интернету, выбирая буквы и складывая из них слова. Впрочем, последнее требует заметных усилий, ведь скорость письма составляет в среднем одну букву в минуту. Движения совершаются с большим запозданием. Время словно замирает для этих больных, не спешит никуда — даже при появлении цели. Ждать, когда сбудется задуманное, надо долго.

Вообще же результаты работы исследовательских групп очень разнообразны. Насчитывается около десятка сигналов головного мозга, которые можно использовать, чтобы управлять с их помощью компьютером. Вот некоторые из них.

• Потенциалы отдельных нейронов или небольших групп клеток. Как и в случае с Нэглом, они фиксируются с помощью электродов, имплантированных в головной мозг.

• Сигнал Р300. Головной мозг реагирует на неожиданное раздражение с некоторым запозданием — примерно в 300 миллисекунд. Это хорошо видно на энцефалограмме. В эксперименте, который провел американский исследователь Эмануэль Дончин, удалось, используя этот сигнал, повысить скорость компьютерного письма, то есть перемещения курсора мысленным усилием. На экране монитора поочередно загорались буквы, и когда человек видел ту самую букву, которую хотел написать, его мозг возбуждался, и электроды фиксировали этот сигнал. Нужная буква оставалась на экране. Начинался поиск следующей.

• Сенсоромоторный ритм (колебания частотой 10 — 20 герц). Его можно фиксировать методом магнитной энцефалографии и электроэнцефалографии. В принципе данный ритм — это «сигнал бездействия». Если, например, измерять активность той части мозга, которая контролирует движения, совершаемые правой рукой, то этот ритм будет максимальным, когда испытуемый не станет шевелить ей. Стоит ему лишь представить себе, что в эту секунду он поднимает правую руку, как сигнал пропадет.

Методы наблюдения за глубинами мозга становятся все изощреннее. «Электроэнцефалограмма — это что- то вроде самолета братьев Райт, а мы летаем уже на F-16», — иронично замечает Дэниел Моран, руководитель эксперимента, проводимого в Вашингтонском университете. Здесь с помощью специального имплантата — тончайшей сетки размером 8 на 8 сантиметров, наносимой на поверхность мозга, — можно транслировать слабые нервные импульсы непосредственно в компьютер. Уже после часовой тренировки четверо участников эксперимента играли в простенькие компьютерные игры.

Еще одно направление исследований — электростимуляция рук или ног. Участники этих экспериментов, лишенные возможности двигаться, мысленно управляют не курсором компьютера, а движениями мускулатуры. Электроды, прикрепленные, например, к ноге пациента, передают нервным волокнам мышц от 20 до 50 электрических импульсов в секунду. Под их действием мышцы здорового человека сокращаются. В данном случае очень важно соблюсти правильный порядок сигналов, иначе движение не состоится. Уже первые эксперименты показали, что электроды нужно имплантировать непосредственно в головной мозг и мускулатуру пациентов, поскольку в противном случае движения получаются очень неточными.

Американские исследователи еще в 1990-е годы разработали систему под названием «Freehand». Она соединяет части нервного тракта, перерезанного вследствие болезни или травмы. С помощью микроскопа электроды с точностью до миллиметра размещают на мышцах парализованной руки. Сенсоры, расположенные, например, на плече пациента, регистрируют нервные сигналы — те команды, которым не может подчиниться рука. В ответ на это раздражение блок управления системы поочередно включает те или иные электроды, вызывая сокращения мышц. Рука вновь оживает, начинает двигаться, совершает хватательные движения, например, берет стаканы или тарелки. Разумеется, пациенту предстоит долго учиться тому, как целенаправленно передавать нервные импульсы.

Сейчас это — самый распространенный в мире нейропротез. В общей сложности им пользовались более 320 человек. Однако даже для того, чтобы научиться простейшим движениям, требовалась длительная тренировка. Многие пациенты теряли, в конце концов, терпение. Дальнейшие работы над этим протезом были прекращены.

Тем не менее в перспективе создание более сложных протезов, которые помогут больным передвигаться без костылей. Идея та же — детально изучить взаимодействие мышц человека при ходьбе, а потом, имплантировав электроды в мускулатуру ног пациента, возбуждать мышцы в той же последовательности. Ими можно управлять с помощью особой программы — «алгоритма ходьбы». Разумеется, здесь еще более важна координация движений. Если она будет соблюдена, пациент начнет расхаживать по комнате с осторожностью робота. Для человека, лишенного возможности двигаться, это неуклюжее переминание с ноги на ногу станет поистине счастливым поворотом в жизни, «вторым рождением».

Компьютеры возвращают способность не только двигаться, но и чувствовать. Есть две принципиально разные идеи создания протезов для слепых. В одном случае, если у человека вследствие болезни отмирает сетчатка глаза, ее может заменить микросхема, размещенная позади нее. Кремниевые фотодиоды придут на смену фоторецепторам глаза. Они преобразуют свет в электрический ток, возбуждающий зрительный нерв, а затем импульсы пересылаются в головной мозг.