Ознакомительная версия.
Все это, рассказал доктор Донохью, может кардинально изменить жизнь таких пациентов: «Польза еще и в том, что этот компьютер можно подключить к любому устройству – тостеру, кофемашине, кондиционеру, выключателю или пишущей машинке. Сегодня это совсем не сложно и очень недорого. Даже полностью парализованный человек, совершенно не способный двигаться, сможет самостоятельно переключать каналы телевизора, включать свет и делать многое другое; для этого не нужно будет, чтобы пришел кто-то и помог». Когда-нибудь они смогут при помощи компьютера делать все то, что делают нормальные люди.
Лечение травм спинного мозга
В настоящее время к этим исследованиям присоединяются и другие группы ученых. Еще одним прорывом мы обязаны ученым из Северо-Западного университета, сумевшим связать мозг обезьяны с ее рукой напрямую, в обход поврежденного спинного мозга. В 1995 г. произошла грустная история. Актер Кристофер Рив, сыгравший Супермена в одноименном фильме, в результате травмы позвоночника оказался полностью парализованным. Он упал с лошади головой вниз, и его спинной мозг оказался поврежден у самой головы. Если бы он прожил немного дольше, то мог бы увидеть усилия ученых, которые стремятся заменить поврежденный спинной мозг компьютером. Только в США от последствий травм спинного мозга страдают более 200 000 человек. В прежние времена такие люди в большинстве своем, вероятно, умирали вскоре после травмы, но сегодня благодаря успехам травматологии число выживших неуклонно растет. Кроме того, нам не дают покоя образы раненых воинов, пострадавших от мин в Ираке и Афганистане. А если добавить сюда же пациентов, парализованных в результате инсульта или другого заболевания (к примеру, бокового амиотрофического склероза), то число потенциальных пациентов вырастет до двух миллионов.
Ученые из Северо-Западного университета поместили микросхему с сотней электродов непосредственно на поверхность мозга обезьяны. Затем обезьяне показали, что нужно взять мячик, поднять его и опустить в трубу; при этом сигналы ее мозга тщательно записывались, а поскольку каждое действие соответствует срабатыванию конкретных нейронов, ученые смогли постепенно расшифровать эти сигналы.
Когда обезьяна хотела двинуть рукой, компьютер обрабатывал сигналы в соответствии с этим шифром и, вместо того чтобы направлять механическую руку, направлял их непосредственно к нервам настоящей обезьяньей руки. «Мы записываем естественные электрические сигналы мозга, посылающего приказ руке и кисти двигаться определенным образом, и передаем эти сигналы непосредственно в мышцы», – говорит доктор Ли Миллер.
Методом проб и ошибок обезьяна научилась координировать движения мышц руки. «Это процесс моторного обучения, очень похожий на то, что делает человек, осваивая новый прибор, компьютерную мышь или нестандартную теннисную ракетку», – добавляет доктор Миллер.
(Удивительно, кстати, как много движений сумела освоить обезьяна, учитывая, что чип у нее в мозгу имел всего лишь сто электродов. Доктор Миллер указывает, что в управлении движениями руки задействованы миллионы нейронов. Но если сотни электродов хватает для разумной аппроксимации результата действия миллионов нейронов, то только потому, что микросхема контактирует с выходными нейронами уже после того, как мозг провел сложную обработку и подготовку данных. Сложнейший анализ идет как обычно, поэтому остается за скобками, а задача ста электродов – только передать готовые сигналы мозга руке.)
Это устройство – одно из нескольких разработанных в Северо-Западном университете, их задача – заменить поврежденный участок спинного мозга. Другой нейронный протез позволяет человеку управлять рукой при помощи движений плеча. Поднять плечо означает сжать пальцы, опустить – разжать. Кроме того, пациент получает возможность взять пальцами объект вроде чашки или открыть дверь ключом, зажав его между большим и указательным пальцами протеза.
Доктор Миллер поясняет: «Не исключено, что прямая связь между мозгом и мышцами когда-нибудь поможет пациентам, парализованным в результате спинномозговой травмы, заниматься повседневными делами, и тогда они смогут стать более независимыми».
Революция в протезировании
Значительная доля финансирования всех этих замечательных достижений поступает из программы DARPA под названием «Революция в протезировании» (начиная с 2006 г. на эти цели было выделено $150 млн). Один из тех, кто продвигает этот проект, – полковник армии США Джеффри Линг, невролог, на счету которого несколько боевых командировок в Ирак и Афганистан. Его до глубины души поразили кровопролитие, свидетелем которого он был, и увечья, вызванные взрывами мин. Во время прежних войн солдаты с такими ранениями большей частью погибали на месте. Но сегодня, когда раненых вывозят вертолетами и существует развитая инфраструктура медицинской помощи, многие из них выживают, но остаются калеками. Более 1300 военнослужащих потеряли конечности в боевых действиях на Ближнем Востоке.
Доктор Линг задался вопросом, может ли наука найти, чем заменить потерянные конечности. Заручившись финансовой поддержкой Пентагона, он попросил своих сотрудников разработать конкретные рекомендации и предложить варианты решений, которые можно реализовать в течение пяти лет. Его вопрос был встречен очень скептически. Линг вспоминает: «Они решили, что мы сошли с ума. Но безумие в том, что подобные вещи происходят».
Безграничный энтузиазм доктора Линга оказался заразительным, и сотрудники его лаборатории получили поистине впечатляющие результаты. К примеру, программа «Революция в протезировании» профинансировала ученых из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, которые создали самую совершенную механическую руку на земле, способную выполнять почти все тонкие движения пальцев, кисти и руки в трех измерениях. По размерам, силе и подвижности эта рука полностью соответствует реальной человеческой руке. Она сделана из стали, но, если покрыть ее пластиком телесного цвета, будет почти неотличима от настоящей.
Эта рука была испытана Йен Шерман, у которой в результате генетического заболевания нарушилась связь между мозгом и телом; ее тело полностью парализовано от шеи вниз. Ученые Питсбургского университета разместили электроды непосредственно на поверхности мозга Йен, а затем подсоединили их к компьютеру, а компьютер – к механической руке. Через пять месяцев после операции женщина появилась на национальном телевидении в передаче «60 минут». На глазах всей страны она активно пользовалась своей новой рукой: махала ей, приветствовала ведущего, пожимала ему руку. Она даже ударила его в шутку кулаком, чтобы показать, как много может механическая рука.
Доктор Линг говорит: «Я мечтаю о том, чтобы мы смогли находить такое решение при лечении любых пациентов – после инсульта, с церебральным параличом, пожилых».
Мозго-машинный интерфейс интересует не только ученых, но и антрепренеров, которые ждут его с нетерпением. Специалистам шоу-бизнеса хотелось бы включить эти блестящие изобретения в свои бизнес-планы на постоянной основе. ММИ уже проник на молодежный рынок в форме видеоигр и игрушек, в которых можно при помощи ЭЭГ-датчиков управлять различными объектами как в виртуальном мире, так и в реальности. Первую такую игрушку – Mindflex – выпустила в 2009 г. фирма NeuroSky; в ней при помощи ЭЭГ-датчиков нужно было крутить вентилятор и двигать шарик над игровым полем. Чем сильнее вы сконцентрируетесь на задаче (разумеется, надев на голову специальную гарнитуру), тем быстрее будут вращаться лопасти вентилятора и тем выше поднимется легкий шарик.
Активно развиваются также видеоигры с мысленным управлением. В связке с NeuroSky работают 1700 разработчиков программного обеспечения, причем многие из них – над усовершенствованием гарнитуры Mindwave Mobile, обошедшейся в $129 млн. В видеоиграх фирмы используется небольшой портативный ЭЭГ-датчик, который крепится на лоб и позволяет мысленно управлять действиями своего персонажа в виртуальной реальности. Двигая свой аватар по экрану, вы можете стрелять из оружия, убегать от врагов, проходить уровни, набирать очки и т. д., как в обычной видеоигре; единственная разница в том, что все это делается «без рук», одной только силой мысли.
«Рождается целая экосистема новых игроков, NeuroSky сейчас в прекрасном положении и может стать чем-то вроде Intel в этой новой индустрии», – считает Алваро Фернандес из маркетинговой фирмы SharpBrain.
Помимо стрельбы из виртуального оружия шлем ЭЭГ способен определить момент, когда ваше внимание начинает ослабевать. NeuroSky уже получает запросы от компаний, обеспокоенных высоким травматизмом работников, которые теряют концентрацию во время работы с опасными механизмами или засыпают за рулем. Технология, о которой идет речь, может спасти немало жизней, вовремя предупредив рабочего или водителя о том, что его внимание рассеивается. В этом случае ЭЭГ-шлем включит тревожный сигнал. (В Японии такой прибор уже завоевал популярность среди посетителей всевозможных клубов. На голове человека датчик ЭЭГ выглядит как забавные кошачьи ушки; если вы внимательны, уши стоят торчком или резко поднимаются, если вас что-то заинтересовало; когда внимание ослабевает, уши опускаются. Получается, что отдыхающие могут выражать романтический интерес друг к другу при помощи мыслей, и вы всегда можете понять, насколько сильное впечатление производите.)
Ознакомительная версия.
