Мозговые имплантаты восстанавливают нарушенные умственные способности спустя годы после травмы

Джина Арата живёт в городе Модесто, Калифорния. В 2001 году она доучивалась в колледже, после чего девушка собираясь поступить на юридический факультет. Но мечты разрушила автомобильная авария, точнее, полученная в результате травма головы. Ущерб здоровью настолько нарушил способность сосредотачиваться, что Джина с трудом справлялась с работой по сортировке почты.


Если бы только это: американка стала жаловаться на плохую память. Левая нога после аварии хуже слушалась, и Джина часто спотыкалась. А ещё ей больше не удавалось сдерживать эмоции, и она легко и просто впадала в гнев. И да, она продолжила водить машину, но очень часто попадала в аварии.

Родители узнали, что в Стэнфордском медицинском университете ищут участников для клинического исследования, и таким образом Джину приняли в программу. В 2018 году врачи провели ей операцию, чтобы вживить глубоко в головной мозг экспериментальное устройство. После этого медики откалибровали электрическую активность имплантата, чтобы стимулировать определённые нейронные связи, которые пострадали в злополучной автоаварии.

Джина сразу почувствовала разницу. Когда её попросили назвать по порядку ассортимент в продуктовом отделе, она перечислила фрукты и овощи. Но стоило учёным отключить устройство в голове женщины, и та больше не смогла припомнить название ни одного товара.

Вся её жизнь после операции круто изменилась, к ней вернулись давно забытые способности.


— Джина Арата, участница клинических испытаний.

Джине Арата и ещё четырём пациентам-добровольцам опытное устройство глубокой стимуляции мозга вернуло умственные способности, утраченные много лет назад из-за черепно-мозговых травм (ЧМТ). Новая методика исследователей из Стэнфорда и их коллег из других учреждений — первое такое достижение по исправлению последствий давно полученных серьёзных ЧМТ.



Только в США более 5 млн человек живут с длительными последствиями ЧМТ средней и тяжёлой степени, испытывая трудности с концентрацией внимания, памятью и принятием решений. Многие из таких пострадавших излечиваются настолько, чтобы вернуться к самостоятельности в быту. Однако повреждения мозга отрезают им путь к обучению или работе, не позволяют восстановить прежнюю жизнь в обществе. И обычно таких пациентов не удавалось вылечить настолько, чтобы вернуть к нормальной жизни, как отметил соавтор исследования, профессор нейрохирургии Джейми Хендерсон.

Надежду давал тот факт, что пациенты пришли в себя после комы, и значительная часть функций их мозга восстановилась. По крайней меры, так или иначе сохранились важные когнитивные способности: пребывать в сознании, реагировать на разговор и концентрироваться на задачах.

Отдел головного мозга таламус — это своего рода ретрансляционная станция в его глубине. Он отвечает за передачу сенсорной и двигательной информации от органов чувств. И системы, которые в поддерживают внимание и бодрствование, связывают таламус с точками по всей коре головного мозга, которые контролируют высшие умственные функции.

Профессор Хендерсон объяснил, что у пациентов с тяжёлыми последствиями ЧМТ связка между таламусом и корой головного мозга чаще всего уцелела, но система оказалась подавлена. И привёл образное сравнение: «Как будто свет потускнел, и не хватает напряжения, чтобы вернуть яркость».

В частности, область таламуса, которая называется центральным латеральным ядром, действует как важный центр регуляции многих аспектов сознания. Соавтор исследования профессор Николас Шифф объяснил: уязвимость этой зоны мозга в том, что при обширной травме для неё неважно, с какой стороны пришёлся удар.



Исследователи рассчитывали, что предельно точная электростимуляция центрального латерального ядра и его связей с другими отделами справится с повторной активацией ослабших связей, снова включив свет полноценного сознания.

Пятёрке участников эксперимента было от 22 до 60 лет. Стойкими когнитивные нарушениями добровольцы страдали от трёх до 18 лет после ЧМТ средней и тяжёлой степени.

Сложность медицинской помощи состояла в том, чтобы разместить устройства для стимуляции в точности там, где необходимо, и эти области разнились от пациента к пациенту. У каждого даже здорового мозга изначально разная форма, а травмы привели к дальнейшим изменениям.

Чтобы выявить критически важные области для вживления в мозг «гаджетов», пришлось разработать ряд цифровых инструментов. Хендерсон рассказал, что исследователи создали виртуальное подобие каждого конкретного мозга, и модели позволили с точностью определить место и степень требуемой стимуляции каждого отдельно взятого центрального латерального ядра.

Затем Хендерсон хирургическим путём вживил устройства каждому из пяти участников проекта. Профессор особо подчеркнул, насколько важна точность. Если отклониться от цели даже на несколько миллиметров, то откажешься вне зоны эффективности.

Затем прооперированных наблюдали в течение 90 дней, включая их устройства на 12 часов ежедневно. Прогресс измеряли с помощью стандартного теста: просили соединять линиями скопления букв и цифр. Хендерсон объяснил, что при кажущейся простоте такой тест очень точно отражает способность сосредотачиваться и планировать, да ещё с учётом времени.

За 90 дней лечения пациенты улучшили скорость прохождения теста в среднем на 32%, и это намного превысило планы учёных достичь показателя хотя бы в 10%.

Профессор Джейми Хендерсон признался, что исследователи испытали удивление, поскольку всё пошло по плану, хотя такое случается далеко не всегда.

Добровольцы и их родные заметили, насколько улучшилась повседневная жизнь пациентов. К ним вернулись утраченные, казалось бы, способности: чтение книг, просмотр телепередач, видеоигры или выполнение домашних заданий. Они меньше уставали и теперь могли прожить день, не впадая в дремоту.



Терапия оказалась настолько успешной, что исследователи с трудом завершили финальный этап проекта. Они планировали «слепую отмену», в случайном порядке отключая имплантаты некоторым участникам. Но двое пациентов попросту отказались, не желая рисковать столь ценными для них улучшениями.

Из трёх остальных участников финального этапа устройство выключали лишь у одного случайно выбранного добровольца. После трёх недель без стимуляции мозга скорость выполнения теста на внимательность этим участником замедлилась на 34%.

Описанное клиническое исследование дало надежду многим пациентам, которые после достаточно тяжёлых ЧМТ спустя годы восстановились лишь частично. А у исследователей появился стимул выйти за рамки эксперимента и помочь также многим другим.