Швейцарські та німецькі науковці розробили нейрокомп'ютерний інтерфейс, що повернув можливість спілкуватися молодому чоловікові із цілковитим паралічем, який вже кілька років не міг самостійно навіть дихати та рухати очима. Завдяки імплантованим у мозок електродам, які реєстрували мозкову активність, пацієнт зміг відповідати на запитання сигналами «так» або «ні», а також висловлюватися цілими фразами, які озвучував комп'ютер. Свої досягнення науковці описали в журналі Nature Communications.
Ujwal Chaudhary et al. / Nature Communications, 2022
Які передумови розроблення цієї технології?
Бічний аміотрофічний склероз характеризується руйнуванням нейронів, які відповідають за скорочення м'язів. Унаслідок цього пацієнти поступово втрачають можливість рухатися, розмовляти та проявляти емоції, а на пізніх стадіях — навіть самостійно дихати через параліч діафрагми. Такий важкий стан називають синдромом закритої людини або ізоляції. Зовні він подібний до коми, проте у цьому випадку пацієнт залишається при тямі й може чути та розуміти що відбувається навколо. Іноді зберігається можливість рухати повіками, завдяки чому хворий може хоча б частково спілкуватися із людьми. Цьому сприяють, наприклад, пристрої, які відстежують рухи повік чи очей та перетворюють їх у змістовну інформацію. А коли людина більше не здатна навіть кліпати, на жаль, опиняється у цілковитій соціальній ізоляції, оскільки поки що немає технологій, які могли б допомогти їй підтримувати спілкування. Але вони розробляються, зокрема науковцями Центру біо- та нейроінженерії Вісса в Женеві спільно з німецькими колегами, які представили перші успішні результати своєї праці.
Яким чином вчені бажають повернути паралізованим людям можливість комунікувати?
У своїй статті вчені розповідають, що до них звернулися родичі чоловіка 1985 року народження з Німеччини, який усього за кілька років після діагностування у нього бічного аміотрофічного склерозу втратив можливість ходити і спілкуватися, навіть через рухи очей і повік. Після надання згоди родичів, дослідники спробували допомогти йому нейрокомп'ютерним інтерфейсом — це технологія, що завдяки імплантатам функціонально поєднує мозок із комп'ютером. Її вже використовували, приміром, для часткового повернення зору сліпій жінці та можливості писати від руки подумки на моніторі паралізованому чоловікові.
Пацієнтові імплантували два мікрочіпи із 64 мікроелектродами довжиною 1,5 міліметра. Один із них розмістили на поверхні первинної моторної кори, а інший — додаткової моторної області, які залучені до вольового контролю м'язів. Завданням імплантатів було вловлювати електричну активність мозку при спробі пацієнта поворухнутися та передавати її комп'ютеру, який перетворював її у зрозумілу іншим інформацію, наприклад, відповіді «так» або «ні».
Наскільки виправдали себе імплантати?
Спочатку дослідники випробували спосіб комунікації, який вимагав від учасника уже звичних для нього дій — спроб поворухнути очима у спосіб, що означав «так» або «ні». Однак зчитана під час цього мозкова активність не була достатньо відмінною, щоб зіставити її з різними відповідями, тому через три місяці вчені спробували інший підхід.
Оскільки чоловік усе ще добре чув, то саме на цьому зробили акцент. Пацієнтові вмикали монотонний аудіосигнал, частота якого залежала від мозкової активності. Хворого просили спробувати контролювати висоту тону будь-яким способом, наприклад, намаганням поворушити якоюсь частиною тіла (учасник повідомив, що намагався рухати очима). Вже у перший день тренувань йому вдалося керувати звуком, а до третього тижня він зміг відповідати на запитання відповідями «так» або «ні», утримуючи сигнал на високій або низькій частоті, відповідно. Учасник справлявся із точністю більш як 90 відсотків щонайменше під час 52,6 відсотка тренувальних днів, і лише під час 17 відсотків сесій точність сягала менш як 80 відсотків.
Згодом за цією ж методикою чоловік зміг набирати текст на комп'ютері, який його і озвучував, для кращого спілкування. Пацієнтові по одному зачитувалися букви алфавіту і він на кожну відповідав «так» або «ні», обираючи чи відкидаючи її, відповідно, поки не складне бажані слова й фрази. За 5 338 хвилин тренувань пацієнт набрав 5 747 символів, що відповідає швидкості набору тексту приблизно в 1,08 символів на хвилину. Це все ще повільно, але чоловік принаймі зміг знову висловлюватися, і одними із перших були слова подяки групі науковців. Тепер він міг повідомляти рідним побажання стосовно догляду за ним, наприклад, повернути голову, частіше використовувати гель для очей, увімкнути музику чи принести йому пива. Також учасник висловив пропозицію вдосконалити систему для розпізнаванням цілих слів, щоб він міг їх обирати й редагувати цілими. Досягнення цих позитивних результатів тривало 462 дні, але пацієнт залишився задоволений, бо йому повернули можливість спілкуватися з сім'єю. Він зміг запропонувати чотирирічному сину подивитися з ним мультфільми, сказати, що любить його, та розповісти про свою заповітну мрію — «нове ліжко і щоб завтра я пішов з вами на барбек'ю».
Тож є надія, що у майбутньому навіть синдром повністю закритої людини не означатиме хрест на спілкуванні. Безперечно, поки що технологія не придатна для широкого впровадження, хоч і можливість її домашнього використання вселяє надії на це. Надалі вчені працюватимуть над вдосконаленням винаходу, щоб зробити його доступнішим та зручнішим, і перевірятимуть на більшій кількості людей.