Нейропротез позволил обезьяне управлять парализованной рукой
Эберхард Фетц (Eberhard Fetz) и его коллеги из университета Вашингтона (University of Washington) построили систему, при помощи которой обезьяна научилась управлять мышцами своей руки, не имевшей прямой связи с головным мозгом. Опыт открывает заманчивые перспективы для парализованных пациентов с повреждениями позвоночного столба.
Подопытных макак (Macaca nemestrina) обучили очень простой компьютерной игре, управление которой шло через джойстик. Выигрыш сопровождался наградой. При этом в мозг обезьян вживили электроды, которые снимали сигналы активности с нейронов моторной коры. Именно эти сигналы компьютер и преобразовывал в движение курсора на экране (обезьяна же полагала, что джойстик подключён к компьютеру, и трудолюбиво двигала кистью).
Затем учёные снабдили запястье обезьян электростимулятором и соединили его с компьютером, получавшим сигнал с моторной коры. Нормальный путь нервных сигналов от мозга к руке временно блокировали (уколом специального препарата). И, наконец, переключили видеоигру теперь уже действительно на джойстик.
Обезьян нисколько не обескуражили все эти перемены — они продолжили играть как обычно, доказав, что мозг их успешно управляет парализованной конечностью через компьютерный интерфейс.
Ранее некоторые научные группы показывали возможность снятия сигналов с моторной коры головного мозга, которые затем управляли манипулятором робота. Другие демонстрировали возможность функциональной электростимуляции определённых мышц, под управлением компьютера (без участия мозга). Но впервые, как сообщает PhysOrg.com, оба этих подхода были совмещены.
Technology Review приводит потрясающие детали эксперимента. Дело в том, что исследователи заранее не знали в точности — какие именно нейроны моторной коры им нужны, – и устанавливали электроды наугад (в нескольких опытах по-разному).
Оказалось, что все нейроны в моторной коре, которые проверили исследователи, могли быть успешно задействованы для управления данной видеоигрой.
Даже те нервные клетки, которые изначально не имели никакого отношения к движению запястья, после непродолжительного тренинга успешно были приспособлены для управления рукой. При этом обезьяна могла обеспечить независимый контроль над мышцами-сгибателями и разгибателями.
Как правило, движения рук — даже сокращение одной мышцы — это результат работы не одного нейрона в коре, но скоординированных действий многих нейронов. Ранее исследователи немало преуспели в том, чтобы снимать такие комплексные сигналы, сперва расшифровывать их, а уж потом преобразовывать в те же самые движения курсора на экране (этому обучали как обезьян, так и людей).
Но Фетц пошёл по другому пути: "Мы только создали связи между отдельными нейронами в головном мозге и отдельными мышцами. И пусть обезьяна сама узнает, как использовать это подключение", — пояснил учёный.
Опыт показывает, что у нейронов в моторной коре нет чётко предопределённых функций, и что кора обладает большой гибкостью в приспособлении тех или иных нейронов для управления конечностями.
А это значит, что будущие медицинские имплантаты для парализованных людей могут быть куда меньше и проще, чем предполагалось. Ведь им не придётся расшифровывать сложные картины активности сообщества нейронов (для чего нужны приличные вычислительные мощности).
Соединив клетки моторной коры с мышцами наугад, медики должны будут просто подождать, пока пациент обучится правильно контролировать свои конечности. Судя по обезьянам, такое приспособление может оказаться сравнительно быстрым.
Правда, от нынешних экспериментов на макаках до появления этой технологии в медицинской практике пройдёт ещё лет десять, предсказывает профессор Фетц.
Подробности опыта можно найти в статье авторов опыта в Nature.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
20.10.2008