Wszczepianie nadziei

Trzask, trzask, trzask. Słucham mózgu mówiącego językiem, który wydaje się niezrozumiały, chór milionów neuronów rozbrzmiewa w moim uchu jak elektryczny szum krótkofalowego radia między stacjami. Potem pojawia się charakterystyczny pop. Znowu to słyszę: pop. Oglądam wideo. Mózg, o którym mowa, należy do brodatego mężczyzny siedzącego na krześle. Ofiara dźgnięcia trzy i pół roku temu jest sparaliżowana od szyi w dół. Respirator, który pozwala mu oddychać, bulgocze. Matthew Nagle, 25-letni były gwiazdor futbolu z liceum z Weymouth w stanie Massachusetts, ma okrągły tytanowy cokół wystający pół cala z głowy po prawej stronie, w pobliżu korony.

4 lipca 2001 roku Nagle wdał się w walkę wręcz na plaży Wessagussett w Weymouth. Pamięta tylko, że zaczęły latać pięści i że przyjaciel został zaatakowany. Ktoś krzyknął coś o nożu i Nagle stracił przytomność. Później tej nocy, kiedy jego ojciec, detektyw policyjny, odebrał telefon od policji, powiedziano mu, że jego syn prawdopodobnie umrze. 20-centymetrowe ostrze przecięło mu kręgosłup w szyi, pozostawiając go sparaliżowanego i podłączonego do respiratora. Nagle przeżył, ale po latach bezruchu i nudy zgodził się wziąć udział w badaniu klinicznym, aby ustalić, czy człowiek może bezpiecznie manipulować kursorem komputera za pomocą interfejsu mózg-komputer (BCI).

Do piedestału, chirurgicznie wszczepionego pod czaszkę Nagle'a, znajduje się szereg elektrod na chipie przylegającym do części jego mózgu, która kontroluje aktywność motoryczną. Chip jest wielkości dziecięcej aspiryny: jego 100 cienkich jak włos elektrod odbiera sygnały elektryczne przesyłane przez mózg, a każda elektroda przechwytuje sygnały z kilku pobliskich neuronów. Jak pokazano na filmie, który obejrzałem pod koniec zeszłego roku, kwadratowa, szara wtyczka jest przykręcona do cokołu; wtyczka jest podłączona przewodami do pobliskiego komputera. Gdy neurony Nagle'a się uruchamiają, impulsy są odczytywane i dekodowane przez oprogramowanie, które potrafi interpretować elektryczne wyskoki zestawów neuronów. Komputer odczytuje myśli Nagle'a – a przynajmniej trzaski zarejestrowane przez elektrody – i rozszyfrowuje kilka prostych poleceń wypowiadanych w elektrycznym języku mózgu.

Nagle siedzi przed protezą dłoni. Kończyna robota, pierwotnie zaprojektowana dla osób po amputacji, które kontrolowałyby ją poprzez drganie mięśni w kikutach ramion, została podłączona do komputera i otwierała się i zamykała, gdy Nagle wyobraża sobie, że otwiera i zamyka własną lewą rękę. Nagle może być sparaliżowany, ale neurony w jego mózgu, które kontrolują aktywność ruchową, są całkiem zdrowe.

Trzask, trzask, trzask.

Słyszę, jak technik prosi Nagle'a, by wyobraził sobie, jak używa ręki. On to robi. To uruchamia odpowiednie neurony w korze ruchowej, tworząc sygnał elektryczny, który jest odbierany przez wszczepione elektrody i dekodowany przez komputer – seria zdarzeń, które powodują otwieranie i zamykanie sztucznego kciuka i palca wskazującego.

Konsekwencje dla Nagle'a i innych mu podobnych, uwięzionych w nieprawidłowo funkcjonujących ciałach przez urazy lub zwyrodnieniowe choroby neurologiczne, są wspaniałe. Nagle jest pierwszym człowiekiem, który operuje protezą ręki tylko swoim umysłem. Podczas wizyty w jego pokoju w ośrodku opieki na południe od Bostonu obserwowałem, jak Nagle operuje kursorem na komputerze, który pozwala mu wysyłać i odbierać e-maile, grać w proste gry i sterować telewizorem. Otoczony zdjęciami swoich przyjaciół i rodziny oraz swoją prawdziwą świątynią Boston Red Sox i ich zwycięstwa w World Series w 2004 roku, Nagle pracował z technik Maryam Saleh, gdy kalibrowała komputer do jego mózgu. Konfiguracja jest nieporęczna, wielkości pralki, z dwoma monitorami dla technika i jednym dla Nagle'a.

Kiedy go zobaczyłem, Nagle był zmęczony i trochę zepsuty, a jego posługiwanie się kursorem było szczątkowe. Próbował złapać kursorem animację przedstawiającą małą torbę pieniędzy. Nie mogę tego dzisiaj dostać, nawet blisko, poskarżył się.

Później Saleh zainstalował komputer tak, aby Nagle mógł zmieniać kanały w telewizorze, i z wysiłkiem Nagle był w stanie przełączyć kanał. Obecność reportera mogła być częścią problemu tego dnia. Naukowiec odpowiedzialny głównie za urządzenie Nagle'a, neurobiolog John Donoghue z Brown University, zapewnił mnie, że jego pacjent radził sobie znacznie lepiej w przeszłości. Nagle powiedział mi, że dzień przed moją wizytą z powodzeniem manipulował bardziej zaawansowaną protezą ręki ze stawami, które umożliwiały ruchy podobne do ludzkich. To zadziałało naprawdę dobrze, mówi Nagle. Mogłem to wszystko poruszyć.

To zachęcające, że system działał tak dobrze, mówi Leigh Hochberg, neurolog z Harvard University i ekspert od pacjentów z poważnymi zaburzeniami motorycznymi. Hochberg jest głównym badaczem w próbie amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków zatwierdzonej w kwietniu ubiegłego roku w celu przetestowania implantów u pięciu pacjentów. (Jak dotąd Nagle jest jedynym ochotnikiem w procesie).

Na razie technologia jest bardzo prymitywna. Komputer rozumie tylko maleńki ułamek tego, co dzieje się w mózgu Nagle'a, gdzie miliardy neuronów mogą działać w dowolnym momencie, z bilionami interakcji. Mimo to implant jest znaczącym krokiem, neurologicznym kamieniem z Rosetty w najbardziej złożonym projekcie odszyfrowywania w historii, który może nie zostać ukończony przez dziesięciolecia, jeśli w ogóle.

Pierwszy krok
Nagle nie jest pierwszym człowiekiem, który operował wszczepiony BCI. Pod koniec lat 90. neurobiolog Philip Kennedy, współzałożyciel i dyrektor naczelny firmy neuroprotetycznej z siedzibą w Atlancie, Neural Signals, wszczepił elektrody do mózgów pacjentów. Ale Kennedy wszczepił tylko dwie szklane elektrody, jak dotąd odebrano mniej sygnałów neuronowych niż jest to możliwe w przypadku macierzy Nagle'a. Badani Kennedy'ego mogli jedynie przesuwać kursor w górę iw dół na ekranie komputera. Donoghue ma nadzieję, że technologia stanie się znacznie bardziej funkcjonalna. Oprócz tego, że jest profesorem neuronauki na Brown, Donoghue jest współzałożycielem i dyrektorem naukowym Cyberkinetics Neurotechnology Systems z Foxborough, MA, która jest właścicielem tej technologii i prowadzi proces. Cyberkinetyka ma nadzieję sprzedać swój system Braingate Neural Interface System w ciągu pięciu lat pacjentom cierpiącym na tetraplegię i inne wyniszczające schorzenia, w tym niektóre rodzaje udaru i stwardnienie zanikowe boczne (choroba Lou Gehriga), mówi prezes i dyrektor generalny firmy Timothy Surgenor. Surgenor wyobraża sobie wersję Braingate, która pozwoliłaby pacjentom, za pomocą samej siły myśli, kontrolować wózki inwalidzkie wyposażone w sztuczne ramiona i ręce, zamykać rolety w nasłonecznionym pokoju i wykonywać inne podobne zadania.

Pomysł założenia firmy pojawił się w Donoghue w 2000 roku podczas rozmowy z podoktorem Nicholasem Hatsopoulosem. Pierwotnie, mówi Hatsopoulos, który jest obecnie adiunktem neuroanatomii na Uniwersytecie w Chicago, badania miały na celu wyłącznie zbadanie, w jaki sposób neurony kontrolują ruchy u małp. A potem, pewnego dnia na korytarzu w laboratorium, Donoghue powiedział: „Dlaczego nie założymy firmy i nie przedstawimy tego ludziom? Hatsopoulos chętnie się zgodził. Od momentu założenia w maju 2001 r. Cyberkinetics zebrała ponad 15 milionów dolarów i wydała około 10 milionów dolarów. Będzie potrzebować od 40 do 50 milionów dolarów więcej, aby działać w ciągu najbliższych trzech do pięciu lat, dopóki Braingate nie zostanie zatwierdzony i będzie mógł zostać sprzedany. Urządzenie musi być nadal usprawnione i bezprzewodowe, mówi Surgenor, i zautomatyzowane, aby Nagle i inni mogli z niego korzystać samodzielnie.

Naukowcy współpracujący z Donoghue z Brown i Cyberkinetics są jednymi z wielu na całym świecie pracujących nad następną generacją protetyki neuronowej – czyli urządzeniami protetycznymi animowanymi wyłącznie przez ludzką myśl. Donoghue mówi, że te badania mogą pewnego dnia pozwolić niepełnosprawnym na chodzenie i być może pozwolą Nagle'owi ponownie używać własnych rąk, poprzez uzupełnienie uszkodzonego, organicznego układu nerwowego o funkcjonalny system cybernetyczny. Takie twierdzenia jeszcze kilka lat temu wydawałyby się fantazyjne, ale inni naukowcy uważają je za wiarygodne. To bardzo duża szansa, że ​​możemy to zrobić, mówi neurobiolog z University of Pittsburgh, Andrew Schwartz.

Jednocześnie jednak Schwartz jest sceptyczny, czy obecne urządzenie Donoghue działa równie dobrze, jak jest reklamowane. Mówi, że ruchy, które otrzymują, są prymitywne. Nie jest jasne, jak dobre są ludzkie nagrania [sygnałów neuronowych]; jeszcze nam tego nie powiedzieli. Schwartz zastanawia się również, czy granie w gry, wysyłanie e-maili i włączanie telewizji naprawdę poprawią jakość życia pacjenta, chyba że pacjent jest zamknięty – to znaczy tak całkowicie sparaliżowany, że nie może mówić ani mrugać i dlatego jest nie można używać interfejsów komputerowych, które są aktywowane głosem i wzrokiem. Aby być użytecznym, będzie musiało być znacznie lepiej, robić więcej rzeczy, mówi. Własne laboratorium Schwartza opracowało BCI dla małp, który porusza ramieniem z ludzkim zasięgiem i zręcznością w trójwymiarowej przestrzeni.

Neurobiolog Miguel Nicolelis z Duke University, inny ekspert w dziedzinie BCI, odrzuca proces Nagle'a jako wyczyn. Są inne urządzenia protetyczne i interfejsy, które mogą to robić, mówi. Aby przejść do interwencji chirurgicznej, musisz zrobić coś głębszego. Myślę, że pominęli kilka kroków, aby przygotować to dla ludzi. Mówi, że na przykład elektrody są podatne na zatykanie się materią organiczną. Rzeczywiście, aby działał prawidłowo, implant Nagle'a może wymagać okresowej wymiany chirurgicznej. Nicolelis martwi się niepowodzeniami na polu, jeśli coś pójdzie nie tak, jak infekcja po operacji. Nicolelis planuje w niedalekiej przyszłości wszczepić ludziom własne czujniki, ale tylko na potrzeby badań naukowych. Krytycznie odnosi się do komercyjnych motywacji Cyberkinetyki: obawia się, że firma bardziej interesuje się gotówką i promocją swojej pracy niż zapewnianiem jak największych korzyści pacjentom.

Inni neurobiolodzy wspierają Donoghue. Myślę, że nadszedł czas, aby to zrobić na ludziach, mówi Richard Andersen, czołowy neurobiolog z California Institute of Technology, który również zamierza przeprowadzić badania na ludziach przy użyciu urządzeń z wszczepionymi elektrodami opracowanymi przez jego laboratorium. Neurobiolog Bill Heetderks, który kierował programami neuroprotetyki w Narodowym Instytucie Zaburzeń Neurologicznych i Udaru do 2003 roku i nadzorował granty dla Donoghue, Nicolelis i innych głównych badaczy, wskazuje, że FDA zatwierdziła badania Cyberkinetyki jako bezpieczne i obiecujące. Mówi, że eksperymenty Donoghue odpowiedziały na kluczowe pytanie, na które nie można było odpowiedzieć w badaniu na zwierzętach: czy ludzkie neurony ruchowe nadal będą się uruchamiać tak, jak u zdrowej osoby po długotrwałym paraliżu kończyn? To był ważny powód do przeprowadzenia tego eksperymentu na człowieku, mówi. Teraz wiemy, że komórki nadal działają.

Donoghue mówi, że podejmowane są wszelkie środki ostrożności, aby chronić pacjentów, ale zgadza się, że Nagle nie jest w stanie wykonywać poleceń zbyt sprawnie. Mówi, że to nie jest tak, jakby sprawna osoba kontrolowała mysz. Twierdzi, że nawet ograniczona zdolność jest lepsza niż żadna dla sparaliżowanego.

Do potencjalnych krytyków Braingate'a Nagle mówi: Niech zejdą na dół i popatrzą. Zerkając na swój pokój i jego nieruchome ciało, Nagle mówi: To jest moje życie. Zgłosiłem się do tego na ochotnika.

Nagle mówi, że Braingate jest teraz dla niego ograniczony, ponieważ może go używać tylko wtedy, gdy jest tam technik, i za każdym razem musi być ponownie kalibrowany. Hej, chcę znowu chodzić lub móc używać tego do obsługi mojego wózka inwalidzkiego. Ale to jest pierwszy krok. Zapytany, czy uważa, że ​​Cyberkinetyka mogła rzucić się na wczesne testy ze względu na swoje ambicje komercyjne, Nagle mówi, że mu to nie przeszkadza. Myślę, że potrzebowali tego, aby zdobyć fundusze i dzięki Bogu, że dostali fundusze. Jeśli mogą [pomóc mi] sprawić, by ten wózek jechał i sprzedać [ta zdolność innym], to jestem za tym wszystkim.

Czytanie intencji
Pracę Donoghue najlepiej zrozumieć w kontekście naukowego wysiłku interpretacji i oddziaływania na aktywność neuronalną. Niektórzy naukowcy, jak Donoghue, chcą wszczepić elektrody, aby szybciej uchwycić więcej danych neuronowych; inni nie są pewni, że implanty są konieczne. Ale wszyscy podzielają zainteresowanie zrozumieniem, w jaki sposób mózg może współpracować z komputerem, aby tworzyć praktyczne technologie do różnych celów.

Słowa języka neuronowego można usłyszeć w impulsach elektrycznych w neuronach – chociaż niektórzy neurolodzy proponowali stworzenie BCI poprzez monitorowanie szerszych, głębszych pól aktywności mózgu za pomocą elektroencefalografii, co nie wymagałoby chirurgicznego wszczepiania elektrod. Czujniki EEG odniosły pewien sukces, ale wytwarzały tylko słabe sygnały w porównaniu z implantami wychwytującymi kolce neuronalne.

Kolec jest szczytem przepięcia elektrycznego, potencjału czynnościowego, który pojawia się, gdy neuron jest aktywowany i odpala. Na jednym z monitorów pokazujących aktywność mózgu Nagle'a, dziesiątki potencjałów czynnościowych pojawiają się rzędami na ekranie, gdy komputer kompiluje sygnały z elektrod w implancie Nagle'a, z których każdy rejestruje aktywność dziesiątek neuronów. Kiedy neuron zostaje odpalony, linia na monitorze zaczyna rosnąć proporcjonalnie do przepięcia elektrycznego, a następnie, poruszając się z prędkością ponad 100 razy większą niż mrugnięcie oka, osiąga szczyt, co powoduje trzask. Po uruchomieniu neuronu jego sygnał elektryczny spada z powrotem, a sygnał wyjściowy albo pozostaje płaski, albo ponownie zaczyna się wznosić.

Neurony, gdy są aktywne, odpalają od 20 do 200 razy na sekundę. Czas i lokalizacja wypustek w mózgu oraz interakcja wielu wypustek między neuronami tworzą spójne sygnały, które są przekształcane w ruchy mięśni i wszystkie inne sygnały wyjściowe mózgu.

Hatsopoulos, który pomógł napisać algorytmy dla Braingate, mówi, że zrozumienie, w jaki sposób grupowania neuronów działają na aktywność motoryczną, jest stosunkowo proste. Gdy nauczymy się czytać więcej neuronów na raz, w końcu powie nam, jak działają wyższe funkcje mózgu, takie jak emocje i inne zachowania i procesy myślowe.

Prowadząc badania na ludziach, Donoghue wyprzedził swoich kolegów, chociaż inni naukowcy planują własne badania kliniczne neuroprotez kontrolowanych za pomocą wszczepionych elektrod. W Atlancie firma Kennedy'ego otrzymała zgodę FDA na testowanie implantów jedno- i dwuelektrodowych u pacjentów z ciężkimi niepełnosprawnościami. W Caltech zespół Andersena rozpoczął eksperymenty na ludziach cierpiących na epilepsję, używając implantów mózgowych chirurgicznie osadzonych w korze przedczołowej (obszar, który pomaga planować i wykonywać ruchy ciała); implanty wyczuwają zbliżający się atak i stosują niewielkie wstrząsy elektryczne, aby go wyłączyć. Chociaż Andersen nie ma planów handlowych dotyczących urządzenia, zamierza rozszerzyć testy na ludziach w badaniach klinicznych.

Andersen rozwija również swoją pracę z małpami; wszczepił czujniki w lepiej funkcjonujące obszary mózgu małpy i odszyfrował niektóre sygnały elektryczne, dzięki którym małpa planuje działania, a inne wydają się rządzić jej motywacją do wykonania określonego wyczynu. Mamy inne podejście do pracy Donoghue, mówi Andersen. Czytamy intencję – podczas gdy Donoghue wykorzystuje ruchową część mózgu. Małpy z elektrodami w obu obszarach mózgu mogą poruszać kursorami i urządzeniami, mówi Andersen.

Nicolelis z Duke’a wynalazł system, który pozwala małpie poruszać protezą ręki w górę iw dół, aby dostarczyć przekąskę. Nicolelis połączył również mózg swojej małpy z Internetem i kazał małpie obsługiwać ramię robota oddalone o 950 kilometrów. Testuje ludzi z głębokimi implantami mózgowymi, aby zbadać wzorce, w których ich neurony zapalają się, gdy ściskają piłki. Do tej pory zarejestrował dane wyjściowe do 50 komórek i wykorzystuje te dane elektryczne do opracowania algorytmów przesuwania kursora. Bada również, w jaki sposób neurony w mózgu przystosowują się do użycia robotycznych ramion i maszyn, ponieważ neurony są nieustannie modyfikowane poprzez zdobywanie nowych informacji i umiejętności.

Tego typu eksperymenty szybko rozwijają technologię, dając jej coraz większy potencjał pomocy pacjentom. Na Uniwersytecie w Pittsburghu Schwartz przeprowadził eksperymenty umożliwiające małpom płynniejsze poruszanie sztucznym ramieniem i ręką. Te urządzenia mają stopnie ruchu ludzkiego ramienia i łokcia, mówi. Jego zespół chce przetestować swoje ramię na ludziach. Jesteśmy na horyzoncie pięcioletnim, mówi Schwartz, aby ramię dobrze pracowało u ludzi.

Świst! Pong!
Brown neurochirurg Gerhard Friehs wykonał operację implantu Nagle'a w Rhode Island Hospital w Providence w czerwcu 2004 roku. Friehs jest ekspertem w implantowaniu neuro-urządzeń, takich jak stymulatory mózgu Activa pacjentom z chorobą Parkinsona, które kontrolują drżenie mięśni związane z chorobą. Na plastikowym modelu Friehs pokazał mi miejsce, w którym wywiercił mały otwór w czaszce Nagle'a, powyżej obszaru, który kontroluje lewą rękę. Następnie Friehs włożył implant za pomocą pneumatycznego urządzenia wprowadzającego, które według niego jest jak zszywacz, który wystrzeliwuje zestaw elektrod do mózgu.

Nagle po raz pierwszy został poddany znieczuleniu ogólnemu, chociaż Friehs mówi, że w przyszłości może to nie być konieczne. Technicy następnie wykorzystali obrazowanie rezonansem magnetycznym (MRI) mózgu Nagle'a, aby wskazać obszar kory ruchowej charakterystyczny dla jego anatomii. Na sali operacyjnej Friehs wykorzystał dane z rezonansu magnetycznego, aby poprowadzić go do dokładnych współrzędnych w mózgu Nagle'a, a następnie uruchomił szybkoobrotową wiertarkę, aby usunąć krąg czaszki wielkości pół dolara. Friehs włożył chip elektrody o wymiarach cztery na cztery milimetra, druty i cokół, po czym odłożył kawałek czaszki. Całkowity czas pracy: około czterech godzin.

Sześć tygodni później, gdy rany Nagle'a zagoiły się i minęło bezpośrednie zagrożenie infekcją, naukowcy przygotowali się do przetestowania Braingate. Technik cyberkinetyki, Abraham Caplan, który dzwoni do domu z Salehem w celu obsługi Braingate dwa lub trzy razy w tygodniu w ośrodku opieki, w którym mieszka Nagle, pamięta pierwszy raz, kiedy podłączyli Nagle'a w sierpniu 2004 roku. Na nagraniu wideo z tej inauguracji eksperyment, Nagle siedzi na swoim krześle, a Saleh prosi go, aby wyobraził sobie przesuwanie ręki w lewo. Komputer wysyła trzaski i trzaski sygnałów biegnących po jego ekranie, odczytując paplaninę mózgu w czasie rzeczywistym, którą poprawnie przekłada na kursor poruszający się w lewo na ekranie Nagle'a. Nieźle, człowieku, mówi Nagle, nieźle.

Niedługo potem Nagle był w stanie, z praktyką, rysować za pomocą umysłu prymitywne kółko na ekranie, po czym zaczął grać w ponga i uczyć się przesuwania kursora w celu klikania poleceń sterujących jego telewizorem, włączania go i wyłączania, zmiany stacji i regulacji głośności. To jak jazda na rowerze, mówi Donoghue. Najpierw się chwieje, nadsterowność, a potem nagle jedzie. Nagle może mówić i obsługiwać komputer w tym samym czasie, tak jak zdrowa osoba może śpiewać piosenkę i chodzić. To ważne, ponieważ nie musi aktywnie myśleć o przesuwaniu rąk w lewo lub w prawo, mówi Donoghue. Po prostu myśli o przesunięciu kursora, a on się porusza.

Aby zrozumieć, co Braingate oznacza dla Nagle'a, odwiedzam neurologa z Harvardu Leigh Hochberga. Hochberg, który jest konsultantem w Szpitalu Rehabilitacyjnym Spaulding w Bostonie, pracuje z pacjentami, którzy doznali udarów lub poważnych urazów rdzenia kręgowego. Pokazuje mi pokój Assisted Technology Group w Spaulding, gdzie paraliżowani i inni poważnie niepełnosprawni pacjenci przychodzą, aby obsługiwać komputery i inne maszyny za pomocą urządzeń podłączonych do powiek, ust lub języków, niezależnie od tego, co jeszcze mogą się poruszać. W przypadku osób bez ruchu mięśni specjalne kamery śledzą ruch źrenicy, który pacjenci nauczyli się kontrolować, aby obsługiwać kursory. Inni wdychają i wydychają przez słomkę, aby przesunąć wózek inwalidzki.

Hochberg jest głównym badaczem w procesie Cyberkinetics FDA w Spaulding; była to druga lokalizacja wybrana do procesu, po Sargent Rehabilitation Center w Warwick, RI, bazie dla procesu Nagle'a. Hochberg i współśledczy Joel Stein, dyrektor medyczny Spauldinga ds. programu udarów, rozpoczęli rekrutację pacjentów do wypełnienia przestrzeni dozwolonych na podstawie licencji FDA. Surgenor chce również otworzyć kolejny ośrodek badań klinicznych, prawdopodobnie na Środkowym Zachodzie. Stanie się to jeszcze ważniejsze, jeśli FDA zatwierdzi badania II fazy na ludziach, które obejmowałyby nawet kilkudziesięciu pacjentów.

Myślę, że w perspektywie krótkoterminowej nie szukamy lekarstwa na uraz rdzenia kręgowego, mówi Stein, który uważa jednak, że w dłuższej perspektywie Braingate przyda się pacjentom z pewnymi rodzajami urazów ruchowych. Nie chcemy wyprzedać tego naszym pacjentom, ale potencjał na przyszłość jest ogromny.

Kolor myśli
Na Brown University spotkałem eksperta komputerowego Michaela Blacka, absolwenta słynnego Centrum Badawczego Xerox Palo Alto w Kalifornii. Black jest najbardziej znany z tego, że próbuje wymyślać maszyny, które widzą, chociaż prowadził również badania nad interfejsami mózg-komputer. Black został szybko sprzedany na temat możliwych korzyści płynących z Braingate i podjął się zadania stworzenia ulepszonych algorytmów do odszyfrowywania impulsów neuronalnych. Teoretycznie lepsze rozszyfrowanie pozwoliłoby na lepszą kontrolę motoryczną. Pokazał mi kilka wykresów z kolorowymi pikselami, które opracował, aby zobrazować, co się dzieje, gdy neuron się uruchamia. Każdy wykres przedstawia aktywność neuronu w zakresie ruchów ręki. Wykres jest niebieski tam, gdzie neuron jest nieaktywny i zacieniony na fioletowo, pomarańczowo, a następnie na czerwono w miejscach, w których następuje wzbudzenie i gwałtowne skoki. (Na przykład niebieskie pole z jasnoczerwoną plamą w prawym górnym rogu oznacza, że ​​neuron staje się aktywny, gdy ręka małpy porusza się w górę i w prawo.) Te siatki informują Blacka o wzorcach odpalania neuronu, które może on modelować powiedzieć komputerowi, że pojawia się dana komenda myślowa i że powinien podjąć odpowiednią akcję. Kluczem do stworzenia tych modeli, jak mówi, jest niesamowita tendencja neuronów mózgowych do odpalania we względnie spójnych wzorcach – na tyle spójnych, że komputer może je dokładnie zinterpretować.

W budynku na terenie kampusu Browna rozmawiałem z innym członkiem zespołu Donoghue, Arto Nurmikko, fińskim inżynierem elektrykiem i fizykiem znanym ze swoich odkryć w dziedzinie optyki laserowej i półprzewodników. On i Donoghue pracują nad uproszczeniem Braingate i zastąpieniem tytanowego postumentu i nieporęcznego sprzętu prototypu znacznie mniejszym systemem wewnętrznym, który łączyłby implant z cienkim jak włos kablem światłowodowym, który biegłby pod skórą pacjenta. Kabel światłowodowy przesyłałby sygnały z mózgu do procesora wielkości rozrusznika serca, który zostałby wszczepiony w klatkę piersiową.

Rozwój technologii zajmie trochę czasu. Ale Nurmikko mówi, że w tym systemie nowej generacji komunikacja między mózgiem a maszyną byłaby dwukierunkowa, z informacją sensoryczną z kończyny robota przekazywaną z powrotem do mózgu, tak jak u zdrowego człowieka. Kiedy pacjent sięga na przykład po szklankę wody, takie neuronowe sprzężenie zwrotne pomogłoby mózgowi i komputerowi obliczyć wysiłek niezbędny do jej podniesienia.

Czekam na pomoc
Czy te urządzenia poprawią życie ludzi? Sam Nagle mówi, że Braingate, przynajmniej w obecnej formie, jest mu tylko marginalnie pomocny. Zrobiono to, aby sprawdzić, czy mogę poruszać kursorem za pomocą myśli, mówi, i zrobiłem to w około trzy minuty. Ale Nagle stanowczo podkreśla, że ​​wcześniej nie robił zbyt wiele. Siedziałem tu siedem dni w tygodniu, nie mając nic do roboty, więc powiedziałem: „Dlaczego nie?”

Zgodnie z protokołem FDA badanie z udziałem Nagle'a ma trwać rok. Będę musiał zdecydować w czerwcu przyszłego roku, czy chcę to usunąć. Nie jestem pewien, czy będę kontynuować. Może zechcę poczekać, aż będą mieli mniejszy i łatwiejszy w użyciu. Pytam go, czy myśli, że znowu będzie chodzić, a on mówi, że tym właśnie jest naprawdę czekając na.

Następna książka Davida Ewinga Duncana, Genetyk, który grał w kółka z moim DNA i innymi geniuszami z pogranicza biotechnologii , ukaże się w maju.

ukryć