Имплантаты головного и спинного мозга позволяют парализованному мужчине снова ходить естественным путем

Герт-Ян Оскам жил в Китае в 2011 году, когда он попал в аварию на мотоцикле, в результате которой его парализовало ниже бедер. Теперь, с помощью комбинации устройств, ученые снова дали ему контроль над нижней частью тела.

«В течение 12 лет я пытался встать на ноги», — сказал г-н Оскар на брифинге для прессы во вторник. «Теперь я научился ходить нормально, естественно».

В изучать опубликованные в среду в журнале Nature, исследователи из Швейцарии описали имплантаты, которые обеспечили «цифровой мост» между мозгом г-на Оскара и его спинным мозгом, минуя поврежденные участки. Открытие позволило 40-летнему Оскару стоять, ходить и подниматься по крутому склону только с помощью ходунков. Более чем через год после установки имплантата он сохранил эти способности и фактически показал признаки неврологического восстановления, ходить на костылях, даже когда имплантат был отключен.

«Мы уловили мысли Герта-Яна и преобразовали эти мысли в стимуляцию спинного мозга для восстановления произвольных движений», — говорит Грегуар Куртин, специалист по спинному мозгу из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, который помогал ведут исследования, говорится на брифинге для прессы.

Джоселин Блох, нейробиолог из Университета Лозанны, которая установила имплантат мистеру Оскару, добавила: «Вначале для меня это было довольно научной фантастикой, но сегодня это стало правдой».

За последние десятилетия в технологическом лечении травм спинного мозга произошел ряд достижений. В 2016 году группе ученых под руководством доктора Куртин удалось восстановить способность ходить в парализованных обезьянах, а другой помог человеку восстановить контроль своей искалеченной руки. В 2018 году другая группа ученых, также возглавляемая доктором Кортин, разработала способ стимулировать мозг с генераторами электрических импульсов, позволяющими частично парализованным людям снова ходить и ездить на велосипедах. В прошлом году, более продвинутый Процедуры стимуляции мозга позволяли парализованным субъектам плавать, ходить и ездить на велосипеде в течение одного дня лечения.

Г-н Оскам прошел процедуры стимуляции в предыдущие годы и даже частично восстановил способность ходить, но в конечном итоге его улучшение остановилось. На брифинге для прессы г-н Оскар сказал, что эти технологии стимуляции оставили у него ощущение, что в передвижении есть что-то чуждое, чуждая дистанция между его разумом и телом.

Новый интерфейс изменил это, сказал он: «Раньше стимуляция контролировала меня, а теперь я контролирую стимуляцию».

В новом исследовании интерфейс мозг-позвоночник, как его назвали исследователи, воспользовался преимуществом декодер мысли с искусственным интеллектом читать намерения мистера Оскара — обнаруживаемые по электрическим сигналам в его мозгу — и сопоставлять их с движениями мышц. Этиология естественного движения от мысли к намерению к действию была сохранена. Единственным дополнением, как описал его доктор Кортин, был цифровой мост, соединяющий поврежденные части позвоночника.

Эндрю Джексон, нейробиолог из Университета Ньюкасла, не участвовавший в исследовании, сказал: «Это поднимает интересные вопросы об автономии и источнике команд. Вы продолжаете стирать философскую границу между мозгом и технологией».

Доктор Джексон добавил, что ученые в этой области десятилетиями теоретизировали о подключении головного мозга к стимуляторам спинного мозга, но это был первый случай, когда они достигли такого успеха у пациента-человека. «Легко сказать, гораздо сложнее сделать», — сказал он.

Чтобы добиться этого результата, исследователи сначала имплантировали электроды в череп и позвоночник мистера Оскара. Затем команда использовала программу машинного обучения, чтобы наблюдать, какие части мозга загораются, когда он пытается двигать разными частями своего тела. Этот декодер мыслей мог сопоставить активность определенных электродов с определенными намерениями: одна конфигурация загоралась всякий раз, когда мистер Оскар пытался двигать лодыжками, другая — когда он пытался двигать бедрами.

Затем исследователи использовали другой алгоритм для подключения мозгового имплантата к спинному имплантату, который должен был посылать электрические сигналы в разные части его тела, вызывая движение. Алгоритм смог учесть небольшие изменения в направлении и скорости сокращения и расслабления каждой мышцы. А поскольку сигналы между мозгом и позвоночником посылались каждые 300 миллисекунд, мистер Оскар мог быстро корректировать свою стратегию в зависимости от того, что работало, а что нет. Уже на первом сеансе лечения он мог скручивать мышцы бедра.

В течение следующих нескольких месяцев исследователи доработали интерфейс «мозг-позвоночник», чтобы он лучше соответствовал базовым действиям, таким как ходьба и стояние. Походка г-на Оскама приобрела несколько здоровый вид, и он смог относительно легко преодолевать ступеньки и пандусы даже после нескольких месяцев без лечения. Более того, после года лечения он начал замечать явные улучшения в своих движениях без помощи интерфейса мозг-позвоночник. Исследователи зафиксировали эти улучшения в тестах на нагрузку, равновесие и ходьбу.

Теперь мистер Оскам может ходить по своему дому, садиться и выходить из машины и стоять в баре, чтобы выпить. По его словам, впервые он чувствует, что все контролирует он.

Исследователи признали ограничения в своей работе. Тонкие намерения в мозгу трудно различить, и хотя существующий интерфейс мозг-позвоночник подходит для ходьбы, этого, вероятно, нельзя сказать о восстановлении движения верхней части тела. Лечение также является инвазивным, требующим нескольких операций и часов физиотерапии. Существующая система не лечит все случаи паралича спинного мозга.

Но команда надеялась, что дальнейшие достижения сделают лечение более доступным и более систематически эффективным. «Наша истинная цель, — сказал д-р Кортин, — сделать эту технологию доступной во всем мире для всех пациентов, которые в ней нуждаются».