Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Интересно, если взять двух пациентов со вскрытыми черепными коробками и уложить их таким образом, чтобы их открытые поверхности коры головного мозга соприкасались. Позволит ли это мыслям и чувствам перетекать от одного человека к другому?

Или более простой эксперимент – внедрить в мозг двух испытуемых одинаковые имплантаты в одинаковые участки мозга и… соединить их между собой. Получим ли мы некий «нейротелефон»?

Между тем, есть гораздо более простые и функциональные способы помочь людям, у которых проблемы с речью. Если пациент может двигать пальцем, он может печатать сообщения азбукой Морзе. Если он способен только двигать глазами, то можно использовать программное обеспечение для отслеживания взгляда на смартфоне. Эти устройства очень дёшевы, гораздо дешевле имплантата за 100 000$.

Нейропротезирование

До сих пор мы говорили о том, как подключают мозг к компьютеру, эту технологию называют – НКИ.

На практике нейропротез не обязательно подключать к мозгу, он может быть подсоединён к любой части нервной системы, например, к периферическим нервам.

Существуют уже нейропротезы для восстановления зрения, например, имплантаты сетчатки глаза. Но наиболее часто в современной медицине применяется кохлеарный нейроимплантат – им пользуются уже тысячи людей по всему миру.

Кохлеарный аппарат – медицинский прибор, протез, позволяющий компенсировать потерю слуха. Действие основано на имплантации в тело пациента устройства, способного преобразовывать электрические сигналы, поступающие с внешнего микрофона, в импульсы, понятные нервной системе.

Если у человека с полной потерей слуха сохранилась хотя бы часть слухового нерва, то можно попытаться, минуя повреждённые структуры, стимулировать его напрямую. Именно это и делают кохлеарные имплантаты.

Электроды вводят в одну из заполненных жидкостью камер улитки уха хирургическим путём, располагают их достаточно близко к волокнам слухового нерва расстоянии, обеспечивающем их внешнее стимулирование.

Целевая реиннервация

Серьёзную конкуренцию НКИ по части протезирования частей тела может составить новая технология – целевая мышечная реиннервация.

Считается, что нервная клетка в процессе своей эволюции утратила способность к делению, однако, при определённых условиях нейроны, потерявшие часть аксона, не только не погибают, но даже способны к регенерации1. Этим свойством нервной ткани нельзя было не воспользоваться. Что и было сделано американскими учёными Тоддом Куикеном и Грегори Думаняном в 2005 году.

Как выяснилось, при ампутации конечности остатки двигательных нервов можно хирургическим путём перенести на маленький участок какой-нибудь крупной мышцы, например, к большой грудной, если речь идёт об ампутации руки (эта процедура и называется реиннервацией). В результате при попытке пошевелить отсутствующим пальцем, сигнал от мозга перенаправляется к участку грудной мышцы. Следующая задача – обнаружить этот сигнал и передать его на роботизированный протез. Тут на помощь приходит электромиография – технология, позволяющая регистрировать разность электрических потенциалов, возникающих на поверхности кожи при сокращении мышцы. Электроды улавливают активность реиннервированного участка, после чего сигнал передаётся к нужной части протеза.

Теоретически, для более точной локализации сигналов от целевой мышцы, можно использовать имплантируемые в неё электроды.

В 2003 году первым пациентом, получившим протез работающий на основе целевой реиннервация, оказался Джесси Салливан, инженер-энергетик, потерявший обе руки в результате электрических ожогов. После того, как нервы рук были перенаправлены на его грудные мышцы, он научился управлять протезными руками.

С тех пор как Салливан стал первым пациентом, ещё три человека– ампутанта рискнули испытать на себе новую технологию, и они тоже довольны результатом.

Сегодня такая операция остаётся редкой и очень дорогой. Но у этого направления есть перспективы.

PS. Идея конечно хороша, но почему-то, пока я собирал материал на эту тему меня преследовало воспоминание о «втором опыте Гальвани». Напомню: стеклянным крючком Гальвани набрасывал конец седалищного нерва, на мышцу конечности лягушки; при этом наблюдалось её сокращение.

И ещё одно замечание – если после ампутации возникают фантомные ощущения, значит где-то должны существовать и невостребованные управляющие нервные импульсы.

1 Последнее утверждение весьма спорно. Но аксоны, лишенные окончаний, не утрачивают способности к передаче нервных импульсов.

Неинвазивные НКИ

По этическим соображениям установка инвазивных имплантатов в мозг человека не даёт широкого простора для исследователей, а экспериментировать над собственным мозгом подобно Филу Кеннеди готовы не многие.

Поэтому на практике большинство исследователей отдаёт предпочтение конструированию неинвазивных1 нейрокомпьютерных интерфейсов, основанных на анализе данных электроэнцефалографии (ЭЭГ).

По типу используемых проявлений ЭЭГ они делятся на экзогенные и эндогенные.