Герт-Ян Оскам жил в Китае в 2011 году, когда попал в аварию на мотоцикле, и его парализовало ниже пояса. Теперь, с помощью комбинации устройств, учёные из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL) вернули ему контроль над нижней частью тела.
Статью о результатах исследования опубликовали в журнале Nature. Открытие позволило 40-летнему парализованному с многолетней историей болезни стоять, ходить и подниматься по крутому пандусу, правда, с помощью ходунков. Более чем через год после установки имплантата он сохранил эти способности и показал признаки неврологического восстановления: стал передвигаться на костылях, даже когда имплантат отключали.
Мы уловили мысли Герт-Яна и воплотили их в стимуляцию спинного мозга для восстановления произвольных движений
— Грегуар Куртин, специалист по спинному мозгу из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне.
Джоселин Блох, нейробиолог из Университета Лозанны, которая установила имплантат мистеру Оскаму, добавила, что поначалу для неё это было научной фантастикой, но теперь превратилось в реальность.
За последние десятилетия появилось несколько достижений в технологическом лечении повреждений спинного мозга. Так, в 2016 году группа учёных под руководством доктора Грегуара Куртина смогла восстановить способность ходить у парализованных обезьян. В 2018 году они же разработали способ стимуляции мозга с помощью генераторов электрических импульсов, так что люди с частичным параличом снова ходили и ездили на велосипедах. В 2022 году более продвинутые процедуры стимуляции мозга позволили парализованным плавать, ходить и кататься на велосипеде после одного дня лечения.
Долгие годы пациент Герт-Ян Оскам посещал процедуры стимуляции и даже частично восстановил способность ходить, но затем его прогресс замер. На брифинге для прессы Оскам сказал, что прежние технологии стимуляции оставили у него при попытках передвигаться ощущение чего-то чуждого, некой дистанции между его разумом и телом, как будто раньше стимуляция контролировала его. Но с новым интерфейсом теперь он сам контролирует стимуляцию.
Интерфейс мозг-позвоночник, как назвали его исследователи в EPFL, использовал декодер мыслей с искусственным интеллектом (ИИ), чтобы считывать намерения пациента как электрические сигналы в его мозге и сопоставлять их с движениями мышц. То есть они сохранили принцип естественного движения: от мысли к намерению и действию. Дополнением стал «цифровой мост», связующий повреждённые части позвоночника.
Эндрю Джексон, нейробиолог из Университета Ньюкасла, который не принимал участия в исследовании, отметил, что успех швейцарцев продолжил стирать философскую границу между тем, что такое мозг, и тем, что такое технология. Он добавил, что учёные в этой области десятилетиями теоретизировали о подключении стимуляторов головного и спинного мозга, но вот перед нами первый случай, когда наука достигла такого успеха в реальности.
Для достижения результата исследователи сначала имплантировали электроды в череп и позвоночник Оскама. Затем использовали программу машинного обучения, чтобы наблюдать, какие участки мозга загорались на мониторе, когда парализованный пытался двигать различными частями тела. Дешифратор мыслей помог сопоставить активность определённых электродов с конкретными намерениями: одна и та же конфигурация загоралась всякий раз, когда мистер Оскам пытался пошевелить лодыжками, другая — когда он пытался пошевелить бёдрами.
Затем учёные использовали другой алгоритм для подключения мозгового имплантата к спинному, который настроили на отправку электрических сигналов в разные части тела. Алгоритм смог учесть небольшие изменения в направлении и скорости каждого сокращения и расслабления в мышцах. А поскольку сигналы между мозгом и позвоночником посылались каждые 300 миллисекунд, Оскам мог быстро корректировать свою подвижность.
В течение нескольких месяцев исследователи дорабатывали интерфейс мозг-позвоночник, чтобы он лучше соответствовал ходьбе и стоянию. Походка пациента приобрела более здоровый вид, и он уже мог относительно легко преодолевать ступеньки и пандусы даже спустя несколько месяцев после сеансов лечения. Более того, после года лечения он начал замечать явные улучшения в своих движениях без помощи интерфейса мозг-позвоночник. Исследователи зафиксировали прогресс во время тестов на балансировку и ходьбу.
Теперь Герт-Ян Оскам может передвигаться по своему дому, садиться в машину и выходить из неё, постоять в баре, чтобы выпить. По его словам, впервые спустя годы он чувствует, что контролирует ситуацию.
Исследователи признали несовершенство достигнутого. Более тонкие побуждения в мозге различить трудно. И хотя нынешний интерфейс мозг-позвоночник работает для ходьбы, этого пока нельзя сказать о восстановлении движений верхней части тела. Лечение также инвазивное: требует нескольких операций и многих часов физиотерапии. К тому же разработка не устраняет паралича спинного мозга полностью.
Но есть надежда, что дальнейшие достижения сделают лечение более доступным и эффективным. Доктор Грегуар Куртин мечтает распространить свою технологию по всему миру для всех нуждающихся.
