Бъдещето на мозъчните импланти

Мозъчните импанти днес са това, което лазерната хирургия за очи бе преди няколко десетилетия. Те не са напълно безопасни и действат само върху определена група от пациенти, но в същото време са предвестник на апарати, които ще се появят в бъдеще. Статия именно за бъдещето развитие на невронната медицина публикува „Уолстрийт джърнъл“.

За разлика от пейсмейкърите, зъбните пломби или инсулиновите помпички, невронните устройства, които възстановяват способностите на ума с електроника, инсталирана директно в нервната система, променят начина, по който ние възприемаме света. Т.нар. нервни протези вече се превръщат в част от нашия живот. Тези устройства не са някаква радикална новост, но се усъвършенстват през последните няколко десетилетия.

Познаваме ги като подпомащите слуха на глухонеми кухлеарни апарати, използвани от над 300 000 души по света. Миналата година бе одобрена употребата и на първи ретинален имплант, произведен от компанията Second Sight. Двата вида технология използват еднакви принципи. Външно устройство, във формата на микрофон или камера, улавя звуци или изображения, като ги обработва, използвайки резултатите, за да направлява набор от електроди, които стимулират или слуховия апарат, или зрителния нерв.

Друг тип новопоявил се имплантант, използван от хиляди хора, страдащи от болестта на Паркинсон, изпраща електронни импулси дълбоко в мозъка, активирайки някои от пътищата, които участва в контрола на двигателния апарат. Те се предават чрез миниатюрен електрод, който достига до мозъка чрез малък процеп в черепа. Електродът е свързан с жица, задействана от батерия. Ефектът от този процес ограничава и дори елиминира някои от симптомите на Паркинсона, като постоянно треперене и труден контрол над тялото на болния. Вече се извършват експерименти, проучващи дали подобна дълбокомозъчна стимулация би имала ефект върху лечение на други болести.

Електронната стимулация също така може да подобри някои форми на паметта, както показаха изследователи от Калифорнийския университет през 2012 г. В опит, подобен на видеоигра, на 7 пациента им е било възложено да се ориентират във виртуален град чрез джойстик. Оказало се, че подходяща електрическа стимулация към техните мозъци подобрява скоростта и изпълнението на задачите по време на играта.

Не всички импланти обаче работят чрез директна стимулация на мозъка. Някои от тях, вместо да разчитат мозъчните сигнали, интерпретират намеренията на парализиран пациент. Евентуално някои невронни протези биха могли да правят и двете, т.е. да интерпретират желанията на пациента, да извършват  действие, подобно на търсене на информация в интернет и да изпращат данните директно в мозъка.

И в момента обаче има проблеми около използването на подобни приспособления. Учени, инженери и лекари се опитват да разработят по-безопасни методи за вграждането на сонда в човешките мозъци. Единственият вариант към този момент е пробиването на малки дупки в черепа, в които да се вкарат дълги тънки електроди, подобни на моливи, които трябва да достигнат до дълбоките зони на мозъка. Този метод крие рискове от инфекции и евентуален мозъчен кръвоизлив, които могат да бъдат фатални.

Външните устройства, като капачките за четене на мозъчни вълни, произведени от компанията NeuroSky, не крият подобни рискове. Те обаче са много по-малко ефективни, тъй като техните сензори са твърде отдалечени от отделните неврони. Днес ефективните мозъчни устройства трябва да са директно свързани с мозъка, за да могат да повишат сигналите, излъчвани от малки групи нервни клетки. Все още никой не е създал устройства, които да влияят на тези нервни клетки достатъчно дълго. Част от проблема е механичен, като се има предвид, че мозъкът се движи, докато и вие се движите, така че ако устройството се приплъзне на милиметър, може да стане неефективно.

Друг проблем е биологичният. Имплантът трябва да бъде нетоксичен и биосъвместим, за да не предизвиква имунна реакция. Той трябва да е и достатъчно малък, за да бъде затворен в рамките на черепа и енергийно ефективен, за да може да се зарежда чрез устройства, поставени върху кожата на главата през нощта. В момента екип от университета Бъркли разработва биологично неутрални микросензори, дебели колкото човешки косъм, които превръщат електрически сигнали в ултразвук, който може да се чете извън мозъка. Ако тези биоинженерни проблеми бъдат изчистени, следващото предизвикателство би било интерпретирането на информацията, идваща от 100 млрд. малки нервни клетки, които изграждат мозъка. Ние вече сме в състояние да правим това по ограничени начини.

След десетилетия опити над примати, учени от университета Браун създадоха система, наречена Brain Gate, която позволява на напълно парализирани пациенти да контролират устройства с мислите си. Системата работи чрез поставянето на малък чип, осеян с около 100 игложици, в частта на мозъка, контролираща движението. Чипът излъчва моторни сигнали, които се предават на външен компютър, който ги декодира и предава на роботизирани устройства.

Всъщност към момента много аспекти от начина, по който функционира мозъкът, не са ни ясни. Затова и финансираната от американското правителство „Мозъчна инициатива“ е толкова важна. Тя може да осигури създаването на по-добри устройства, изпращащи информация към мозъка, заедно с проучвания за по-доброто разбиране на действията на различни видове нервни клекти и как те се вписват в сложни схеми.

Напредъкът в областта на молекулярната биология и неврологията след време почти със сигурност би довел до създаването на по-малки, по-интелигентни и по-енергийно ефективни мозъчни импланти. Тези устройства ще могат да разчитат директно електрическата активност в мозъка. Невронните импланти значително биха облекчили живота на хора, страдащи от парализа или мозъчни забоялвания.