Здоровье

Экспериментальные устройства, которые считывают сигналы мозга, помогли парализованным людям использовать компьютеры и могут позволить инвалидам управлять бионическими конечностями. В уже существующих устройствах используются крошечные электроды, которые проникают в мозг. Исследователи Университета Юты доказали, что мозговые сигналы, для управления движениями руки, могут быть точно обнаружены, используя новые микроэлектроды, которые расположены на мозге, но не проникают через него.

"Уникальность этой технологии в том, что она позволяет получить много информации исходящей мозга, без необходимость помещать электроды в мозг", -  говорит Bradley Greger, доцент биоинженерии и соавтор исследования. "Это позволит нейрохирургам расположить устройство  под черепной коробкой, но над областями мозга, где было бы опасно, устанавливать проникающие электроды: области, которые управляют речью, памятью и другими познавательными функциями". Материалы исследования вскоре будут опубликованы в журнале Neurosurgical Focus.

Например, группу таких микроэлектродов, можно разместить над речевым центром мозга, у больных, которые не могут общаться, потому что они парализованы, и у них поврежден позвоночник. Так же это люди с болезнью Лу Герига (боковой амиотрофический склероз), перенесшие инсульт или с другими нарушениями, добавляет он. Электроды послали бы речевые сигналы в компьютер, который будет конвертировать мысли в слышимые слова.

"Для людей, которые потеряли конечность или парализованы, такое устройство может дать высокий уровень контроля над протезированной конечностью или компьютерным интерфейсом", -  сказал Greger. "Это так же позволит инвалидам или людям с тяжелым параличом взаимодействовать с внешней средой, используя руку - протез или компьютерный интерфейс, который расшифровывает сигналы мозга".

Ведущий автор исследования, нейрохирург Paul A. House говорит, что это открытие является шагом к использованию новых микроэлектродов, в системах дающих возможность преобразовывать мысли инвалидов и парализованных людей, в сигналы, которые будут управлять протезированными конечностями как живыми. Так же возможно управление компьютерами или другими устройствами.

Ученые отмечают, что для создания полностью работоспособной системы, нужно еще дорабатывать программное обеспечение, которое интерпретирует мозговые сигналы, таким образом, они могут быть преобразованы в такие действия, как перемещение руки.

Подобная технология, ранее уже была разработана в экспериментальной форме, с использованием маленьких групп проникающих электродов, вставляемых непосредственно в мозг. Университет Юты вдет разработку устройства со100 электродами, которые используются, для чтения сигналов мозга парализованных людей. Так в экспериментах в Массачусетсе исследователи уже использовали небольшую группу электродов проникающих в мозг для того, чтобы помочь парализованным людям переместить компьютерный курсор, управлять механической рукой или общаться.

Тем временем, исследователи Университета Юты и других исследовательских центров работают над проектом Пентагона стоимостью 55 миллионов долларов, с целью разработать бионическую руку, которой ветераны войны и другие инвалиды управляли бы мысленно, так же как настоящей живой рукой.

Ученые сейчас спорят о том, какой способ больше подходит для управления протезными устройствами. Первый способ предполагает управление с помощью нервных сигналов, собранных электродами в или на мозге. Сторонники второго способа предлагают устанавливать электроды на остаточной конечности.

Так как мозг повредить очень легко, то операции с проникновением группы электродов очень, нежелательны для использования в тех областях мозга, которые управляют речью и памятью. Так же проникающие электроды изнашиваются быстрее, и через некоторое время может понадобиться их замена. Непроникающие электроды могут дать более долгую жизнь устройствам, которые помогут людям с ограниченными возможностями управлять различными электронными и механическими устройствами с помощью их мыслей. Это могут быть бионические конечности, компьютеры или другие машины.

"Если Вы собираетесь открыть Ваш череп, хотели бы Вы кое-что туда вставлятьна три года или 10 лет", -  говорит Greger. "Никто не доказал, что эта технология применима на более длительное время", -  говорит Paul A. House. "Но очевидно что, будучи менее инвазивным, это устройство может находиться на поверхность мозга дольше и обеспечивать более надежный интерфейс с ним".

Данная технология так же может быть использована для лечения и диагностики участков мозга, ответственных за эпилепсию. Благодаря добровольцам, страдающим эпилепсией, и позволившим использовать эту новую технологию, ученые смогли проверить, как хорошо микроэлектроды способны обнаруживать нервные сигналы от мозга, которые отвечают за те движения и контроль рук.

Пациенты в этом эксперименте должны были выполнять определенные движения руками, а информация, снимаемая в это время с их мозга, записывалась и анализировалась компьютером.

Сами микроэлектроды сформированы в подобных сетке блоках, залитых в эластичным прозрачным  силиконом. Они были расположены в частях мозга ответственных за контроль над какой – либо одной конечностью.

Существенным в данном исследовании есть вопрос на каком расстоянии должны быть размещены микроэлектроды для более точного снятия информации. Первому пациенту было имплантировано 2 блока, каждый с 16-ю микроэлектродами, расположенными на расстоянии 1 миллиметр. Исследование проводилось в течение нескольких недель и показало, что электроды были настолько близки, что соседние микроэлектроды снимали те же самые сигналы. Несколько месяцев спустя, второму пациенту поставили один блок, содержащий приблизительно 30 электродов, каждый на расстоянии 2 миллиметра. Этот пациент носил электроды в течение нескольких дней.

"Мы пытались понять, как получить более полную информацию из мозга", - говорит Greger. "Исследование указывает, что оптимальный интервал между электродами составляет 2 - 3 миллиметра ".

Данное исследование продолжается и сейчас ученые разработают более качественное программное обеспечение, позволяющее расшифровывать мозговые сигналы  в реальном времени, что в будущем даст возможность инвалидам и людям с тяжелыми заболеваниями нервной системы сделать свою жизнь более полноценной.