В июле 2020 года 40-летний Кит Томас получил травму спинного мозга при прыжке в воду. В результате он оказался парализован от уровня шеи. Его мозг при этом не пострадал. Томас все еще мог представлять, что двигает руками, но сигналы к мышцам уже не проходили. То же самое случилось и с обратным путем — пути по которым сенсорные сигналы поступают в мозг прервались. То есть ощущения от рук перестали доходить до мозга. Мужчина полностью потерял способность управлять руками и чувствовать предметы ими.

В 2023 году группа американских исследователей под руководством нейроинженера Чада Бутона (Chad Bouton) из Институт медицинских исследований имени Файнштейна в Нью-Йорке предложила Томасу поучаствовать в эксперименте, на что мужчина согласился. К тому времени ученые уже много лет пытались соединить мозг с искусственными системами.

Бутон и его коллеги имплантировали в мозг пациента пять наборов микроскопических электродов, которые расположили в зонах, отвечающих за движение и тактильные ощущения правой руки.  Сигналы, поступающие с этих участков, считывал прибор, закрепленный на его черепе. 

Компьютер с искусственным интеллектом расшифровывал нейронную активность и передавал сигналы на электроды, прикрепленные к предплечью. Те с помощью электрической стимуляции заставляли мышцы сокращаться и расслабляться — так мужчина мог двигать кистью.

Neuralink: Илон Маск представил чип, который будет соединять мозг с компьютером

Известный предприниматель Илон Маск провел презентацию новой версии устройства Neuralink 0.9. В прямом эфире бизнесмен продемонстрировал чип для стимуляции нейронов мозга, который был вживлен в черепную коробку свиньи. Миллиардер объясняет,...

Чтобы пациент ощущал предметы, на его руку установили датчики силы, которые помогали чувствовать, как сильно он сжимает предмет. Эти датчики передавали сигналы обратно в его мозг через установленный имплантат. Получалось, что мозг не просто отдавал команды руке двигаться, но и получал ответ — ощущение силы и прикосновения как у обычного человека. Благодаря этому мужчина смог впервые за несколько лет не только поднять предмет, но и почувствовать, насколько он тяжелый или твердый.

На следующем этапе команда Бутона использовала ту же технологию, чтобы связать мозг Томаса с периферической моторной системой другой женщины. Цель — позволить парализованному мужчине не просто управлять чужой рукой, но и почувствовать предмет через нее.

Для опыта пригласили женщину без нарушений моторики. На ее предплечье разместили электроды, а на пальцы — датчики силы. Электроды соединяли ее мышцы с компьютером. Тот же компьютер принимал сигналы из мозга Томаса — через его имплантат.

Когда мужчина думал, что двигает своей рукой, имплантат в его мозге улавливал электрическую активность, а компьютер расшифровывал эти сигналы и передавал их на электроды на предплечье женщины. Эти электроды заставляли ее мышцы сокращаться — то есть ее рука двигалась в ответ на мысли Томаса.

При этом датчики на пальцах испытуемой посылали сигналы обратно в мозг Томаса через тот же компьютер. Благодаря этому он чувствовал прикосновение, как будто трогал предмет сам. Проще говоря, компьютер стал «проводником» между мозгом Томаса и телом женщины — он переводил мысли одного человека в движения и ощущения другого.

Во время эксперимента женщине дали три разных мяча — бейсбольный, мягкий из поролона и более твердый. Когда Томас представлял, как сжимает кулак, пальцы женщины повторяли это движение. Она сжимала и разжимала руку, подчиняясь мыслям мужчины. При этом Томас ощущал прикосновение ее пальцев к предметам. Он чувствовал, как рука женщины обхватывает разные мячи — и даже с завязанными глазами различал их по степени твердости.  

Точность распознавания оказалась невысокой — 64 процента. Однако авторы исследования уверены, что увеличение числа датчиков и электродов позволит повысить точность и добавить ощущение формы. Тогда человек сможет ощущать не только степень твердости предмета, но и его очертания.

Мозговой имплантат помог вдвое снизить интенсивность хронической боли

Устройство, вживленное в мозг, распознает, когда человек испытывает боль и реагирует на это глубокой стимуляцией мозга. В эксперименте имплант помог снизить уровень хронической боли на 50 процентов. Один из участников эксперимента даже смог впервые за многие годы обнять свою жену.

Во втором похожем эксперименте Томас помог парализованной женщине поднять банку с напитком и сделать глоток. Система позволила мужчине с помощью своего мозга управлять рукой испытуемой.

У женщины, с которой работал Томас, паралич был не таким сильным, поэтому специалисты не видели смысла делать ей сложную операцию по вживлению имплантата в мозг. Однако для нее эта практика оказала терапевтический эффект. Совместные занятия принесли такую же пользу, как обычные лечебные процедуры, когда мышцы стимулируют электричеством. После нескольких месяцев совместных тренировок сила хвата у женщины почти удвоилась.

По словам авторов исследования, они планируют расширить эксперименты и привлечь больше участников в 2026 году. По мнению экспертов, такого рода технология может помочь людям с параличом восстанавливаться быстрее и легче, потому что они смогут тренироваться вместе и чувствовать поддержку других. А если ее развить дальше, то в будущем, возможно, люди смогут передавать друг другу ощущения — например, прикосновения — даже находясь далеко друг от друга.

Результаты работы выложены на сайте препринтов по медицине medRxiv.org.