Potęga myśli

Dzięki wszczepionym do mózgu elektrodom sparaliżowany od pasa w dół Matthew Nagle mógł rozpocząć nowe życie

Pięć lat temu Matthew został zaatakowany nożem. Ma przerwany rdzeń kręgowy, nie może się ruszać ani samodzielnie oddychać. Jednak dzięki spektakularnemu postępowi, jaki poczyniła nauka, 25-letni obecnie mężczyzna może podnosić przedmioty, odbierać e-maile, zmieniać programy w telewizji i grać na komputerze w proste gry, takie jak elektroniczna wersja ping-ponga. Co więcej, wykonując wszystkie te czynności wyłącznie dzięki sile myśli, może jednocześnie prowadzić rozmowę.

Sparaliżowany od szyi w dół Matthew uczestniczy w eksperymencie prowadzonym przez zespół naukowców pod kierownictwem profesora Johna Donoghue, specjalisty ds. neurotechnologii z Brown University na Rhode Island. Badania mogą okazać się przełomem w dziedzinie implantów nerwowych. Dzięki nim Matthew jest w stanie sterować komputerem i zautomatyzowaną ręką. Wszczepiona w mózg pacjenta siatka elektrod przekształca panujący tam gwar, wywołany przez miliony iskrzących neuronów, w impulsy nerwowe. Te z kolei sterują urządzeniami znajdującymi się poza organizmem. (...) ”Wyniki eksperymentu dają nadzieję na to, że pewnego dnia sygnały wysyłane przez mózg pozwolą aktywować mięśnie kończyn i przywrócić kontrolę mózgu nad nimi poprzez system nerwowy” - mówi profesor Donoghue.

Trzy miesiące temu Amerykańskie Stowarzyszenie Anatomów ujawniło swój pomysł na bionicznego człowieka. Projekt opiera się na postępach w dziedzinie mikroelektroniki. Doprowadziły one do stworzenia zautomatyzowanej ręki zdolnej do gry na pianinie, jak również zewnętrznego szkieletu o wielkiej sile, który pozwala przenosić na duże odległości ciężkie ładunki. Stowarzyszenie nazwało projekt: „Człowiek za 6 miliardów dolarów”. Nazwę zaczerpnięto z popularnego w latach 70. serialu telewizyjnego. (...)

Niektórzy naukowcy ostrzegają, że gwałtownie rozwijająca się technologia może mieć niebezpieczne zastosowanie. Kilkanaście laboratoriów w Stanach Zjednoczonych pracuje nad metodami sprzęgania komputera z mózgiem. Wiele projektów finansowanych jest z pieniędzy pochodzących od wojska. Armia jest zainteresowana stworzeniem kontrolowanych przez żołnierzy„robotów do zabijania”, niezwyciężonych maszyn-wojowników z mózgiem człowieka.

Implanty mogłyby również znaleźć zastosowanie w przypadku osób cierpiących na dolegliwości psychiczne spowodowane między innymi chorobą Alzheimera. Hamowałyby niepożądane, antyspołeczne zachowania chorych, zastępując je „dopuszczalnymi” reakcjami.

Kilka dni temu brytyjscy naukowcy okrzyknęli eksperyment profesora Donoghue „kamieniem milowym”, niosącym nadzieję setkom tysięcy ludzi, którzy stracili fizyczną sprawność w wypadkach, z powodu udarów i innych chorób. „Osiągnięcia profesora Donoghue są pierwszą na tę skalę próbą zastosowania implantów do sterowania urządzeniami jedynie przy pomocy myśli. Technologia ta będzie miała w przyszłości ogromne znaczenie dla osób niepełnosprawnych, ale z czasem zacznie być używania również przez zdrowe osoby” (...) - mówi Francisco Sepulveda, wykładowca z Essex University specjalizujący się w sposobach sprzęgania komputera z mózgiem.

Zdaniem Marii Stokes, specjalisty ds. rehabilitacji nerwowo-mięśniowej z Uniwersytetu w Southampton raport profesora Donoghue pokazuje, że ta konkretna technologia może być z powodzeniem stosowana u ludzi. „Choć pełne badania objęły tylko jedną osobę, wyniki są imponujące, zwłaszcza że system może być stosowany również podczas rozmowy” - podkreśla Stokes.

Do czasu eksperymentu, jakiemu został poddany Matthew Nagle, nie było wiadomo, czy osoba sparaliżowana kilka lat wcześniej nadal wysyła z mózgu sygnały niezbędne do wykonania ruchu. Jednak już w trakcie pierwszych testów okazało się, że wszczepione elektrody rejestrują schematy wysyłania impulsów nerwowych, które komputer filtruje i interpretuje. Sygnały docierające z mózgu nie były więc jedynie „hałasem”.

Również prędkość reakcji - dziesięciokrotnie większa niż w przypadku wcześniejszych implantów - jest imponująca. Inna grupa naukowców, która prowadziła eksperymenty z małpami, zrobiła krok naprzód zwiększając prędkość połączenia między mózgiem i maszyną. Dowiedli, że możliwe jest przekazywanie informacji w tempie równym wystukiwaniu na klawiaturze piętnastu słów na minutę. (...)

Matthew Nagle potrzebował kilku dni, by nauczyć się poruszać kursorem po ekranie. Pacjentom, którzy mieli elektrody podłączone do czaszki, opanowanie tej sztuki zajmowało miesiące. Początkowo Matthew wyobrażał sobie siebie poruszającego myszką. Szybko jednak zaczął wyobrażać sobie przesuwanie samego kursora i ten stał się wkrótce dodatkową kończyną, częścią jego ciała.

Sukces technologii zależał od możliwości rozszyfrowywania aktywności elektrycznej mózgu i przekształcania jej w użyteczne działanie. Naukowcy zauważyli, że pewnym czynnościom towarzyszą konkretne schematy wysyłania impulsów przez neurony. Nawet prostej operacji, jak podniesienie ręki, towarzyszą sygnały pochodzące z wielu rejonów mózgu. Czujnik wychwytywał jednak niewielki wycinek tej aktywności. Profesor Donoghue porównuje to do mikrofonu umieszczonego w zatłoczonym pokoju w celu uchwycenia istoty każdej odbywającej się w nim rozmowy. Efektem był nerwowy, niedokładny ruch pacjenta próbującego nieprecyzyjną myśl przekształcić w precyzyjny ruch. Jednak z czasem zyskiwał on coraz większą kontrolę, aż w końcu był w stanie za pomocą kursora narysować nierówne koło.

Według profesora Donoghue w dłuższej perspektywie będzie można pozbyć się ciężkich kabli łączących głowę pacjenta z licznymi elementami sprzętu elektronicznego. Miniaturyzacja doprowadzi do powstania mniejszych urządzeń, na stałe umieszczanych w czaszce podobnie jak rozrusznik w sercu. Sygnały będą bezprzewodowo przesyłane z mózgu do procesora, który uruchomi komputer, zautomatyzowaną rękę albo inne urządzenie.

Implanty mają swoje wady. Część naukowców uważa, że nie są najlepszym rozwiązaniem dla ludzi całkowicie niepełnosprawnych. Niektórzy sprzeciwiali się eksperymentowi, jakiemu poddany został Matthew Nagle, twierdząc, że ryzyko uszkodzenia mózgu było zbyt wielkie. Odrzucenie implantu przez mózg mogłoby odwieść innych naukowców od prób rozwijania tej techniki. Wszczepiane elektrody mogą wywoływać stany zapalne i infekcje, przez co stają się bezużyteczne. Profesor Donoghue jest jednak przekonany, że umieszczone w mózgu elektrody są jedynym sposobem, by umożliwić sparaliżowanym osobom pełny kontakt z otoczeniem. „Żadna inna metoda nie daje takiej jasności i tak dużych możliwości przetwarzania hałaśliwych sygnałów w coś, co może być dla pacjenta użyteczne” - twierdzi Donoghue.

Inni naukowcy mają jeszcze ambitniejsze plany. Miguel Nicolelis, neurobiolog z Duke University w Północnej Karolinie za pomocą 86 mikroskopijnych przewodów wszczepionych w mózg małpy nauczył ją przesuwać kursor po ekranie. Nicolelis wierzy, że w przyszłości będzie można przywrócić niepełnosprawnym zdolność chodzenia. Obecnie pracuje nad techniką tzw. „wspólnej kontroli”. Ma ona na celu przezwyciężenie problemów wynikających z faktu, że czujnik umieszczony w mózgu wyłapuje tylko część działalności neuronów. Dzięki tej technice mechaniczna kończyna byłaby uruchamiana przez podstawowy sygnał wysyłany z mózgu, ale ruch byłby udoskonalany i wykonywany przez zaprogramowany uprzednio system. Prawdziwym wyzwaniem jest stworzenie lepszych protez kontrolowanych przez bardziej zaawansowane oprogramowanie.

Przed naukowcami jeszcze wiele lat pracy i liczne przeszkody, takie jak bardzo zróżnicowane indywidualne reakcje na implanty i tendencja elektrod do utraty wydajności wraz z upływem czasu. Pacjenci z uszkodzonym rdzeniem kręgowym to często młodzi ludzie, którym technologia ta musiałaby służyć przez kilkadziesiąt lat. Pomysł używania myśli do kontrolowania zewnętrznego świata należał kiedyś do sfery science fiction. Stworzenie implantów mózgowych najnowszej generacji jest ważnym krokiem w stronę jego urzeczywistnienia.

---