Декількома словами
Новітня технологія подвійного нейронного обходу дозволила паралізованому чоловікові відновити відчуття дотику та рух у руці, відкриваючи нові перспективи для людей з обмеженими можливостями.
У 2014 році професор інженерії Чед Бутон отримав урок про важливість дотику.
Бутон, інженер з Інституту медичних досліджень Файнштейна на Лонг-Айленді, розробив інтерфейс «мозок-комп'ютер», який дозволив чоловікові з паралічем керувати однією рукою.
«Він намагався щось підняти і сказав: «Знаєш, Чед, я не відчуваю цей об'єкт», — розповідає Бутон. «У той момент ми зрозуміли, вау, це те, над чим нам потрібно працювати далі».
Більше десяти років потому команда Бутона у Файнштейні, що є частиною Northwell Health, тестує систему, яка може відновити як рух, так і відчуття в паралізованій руці. Вона також дає переваги, які зберігаються, навіть коли користувач більше не підключений до неї.
Першим, хто випробував нову систему, був Кіт Томас, який залишився паралізованим і втратив чутливість від грудей і нижче після нещасного випадку під час пірнання у 2020 році.
«Мене підключили до машини, і я відчув свій вказівний палець», — каже Томас. «Це було щось неймовірне!»
Подвійний нейронний обхід
У 2023 році команда Файнштейна імплантувала два набори комп'ютерних чіпів у мозок Томаса. Один набір виявляє сигнали, що надходять з ділянок, які контролюють рух. Інший передає сигнали в ділянки, які обробляють дотик і тиск.
Ці чіпи підключені до подвійних платформ на голові Томаса, які дозволяють його мозку взаємодіяти з масивом електроніки, необхідної для анімації його правої руки. Зараз це відбувається лише в лабораторії Бутона, де Томас проводить кілька годин двічі на тиждень.
Технологія є частиною того, що Бутон називає «подвійним нейронним обходом». Перша гілка обходить пошкоджену ділянку спинного мозку Томаса.
«Ми буквально перенаправляємо сигнали від мозку до уражених м'язів», — каже Бутон. Ця гілка обходу також передає сигнали назад у мозок від датчиків на долоні, великому та вказівному пальцях Томаса.
Але це лише половина історії.
«У нас є друга гілка, яка знову з'єднує мозок зі спинним мозком», — каже Бутон. «Коли хтось знову думає про рух, ми стимулюємо спинний мозок на основі його думок».
Ця стимуляція спинного мозку, яка відбувається синхронно зі стимуляцією відповідних м'язів, посилює та зміцнює природні зв'язки, що залишилися, між мозком і ураженою кінцівкою.
Командна робота
Щоб оживити праву руку Томаса на кілька годин, потрібно близько пів дюжини людей і кімната, повна обладнання.
«Перше, що ми робимо, це вітаємо його з посмішкою», — каже керівник проєкту Ерона Іброчі. «Ми кажемо: «Привіт, як справи? Дякуємо, що прийшли».
Потім інженери-електрики Анікет Джангам і Зєєв Еліас прикручують пару адаптерів NeuroPlex E до платформ на голові Томаса. Далі вони підключають кабелі, які йдуть до підсилювачів, процесорів сигналів і, зрештою, до комп'ютера.
Система включає штучний інтелект, який навчився розпізнавати мозкові хвилі, які Томас генерує, коли думає про рух своєю паралізованою рукою. Вона також включає датчики, які розміщуються на його долоні, великому та вказівному пальцях, щоб забезпечити відчуття дотику.
Щойно Томас підключений, починається справжня робота.
Під час кожного сеансу «ми проводимо тестування мобільності, ми проводимо тестування сили», — каже Дана Фрід, ерготерапевт.
Науковий співробітник Сантош Чандрасекаран показує на монітор, на якому зображено дві анімовані руки. Одна показує рух, який Томас повинен виконати. Іншою керує мозок Томаса.
«Він не може рухати власною рукою, але він намагається це зробити», — каже Чандрасекаран. «Декодер з'ясовує, про що він думає, а потім керує іншою рукою на екрані».
Декодер також надсилає сигнали до м'язів, що контролюють фактичну руку Томаса, змушуючи її рухатися синхронно зі своїм екранним аватаром.
Томас набагато краще контролює свою руку, коли отримує зворотний зв'язок від датчиків на своїй руці, каже Чандрасекаран.
«Ми вимірюємо рівень сили на датчику», — каже він. «А потім відповідним чином стимулюємо потрібні електроди в мозку, щоб він міг відчувати сенсорне відчуття у потрібному місці на руці».
Тривалі переваги
Подвійний обхід дозволив Томасу відчути руку своєї сестри, коли вона відвідала лабораторію. «Відчуття було як «приплив енергії», — каже він.
Іншою віхою стало те, коли команда поставила перед ним чашку з водою.
«Він підняв ту чашку до рота вперше, випив і поставив її назад самостійно, без будь-якої допомоги», — каже Бутон.
З часом Томас також почав краще інтерпретувати сенсорний зворотний зв'язок від своєї руки, навіть коли він бачить, до чого вона торкається.
«Я такий: «Хмм, це тенісний м'яч» або щось важче, або щось легше», — каже він.
Спочатку покращення були помітні лише тоді, коли Томас був підключений до обладнання в лабораторії Бутона. Але після більш ніж року терапії та стимуляції спинного мозку Томас може робити більше — і відчувати більше — вдома.
Під час розмови в Zoom Томас показує мені, як він тепер може піднімати руку без сторонньої допомоги.
Збільшена сила та мобільність дозволяють йому робити такі речі, як гладити собаку. І коли він це робить, він каже: «Я можу трохи відчути шерсть».
