Знание-сила, 2008 № 03 (969)

• Сенсоромоторный ритм (колебания частотой 10 — 20 герц). Его можно фиксировать методом магнитной энцефалографии и электроэнцефалографии. В принципе данный ритм — это «сигнал бездействия». Если, например, измерять активность той части мозга, которая контролирует движения, совершаемые правой рукой, то этот ритм будет максимальным, когда испытуемый не станет шевелить ей. Стоит ему лишь представить себе, что в эту секунду он поднимает правую руку, как сигнал пропадет.

Методы наблюдения за глубинами мозга становятся все изощреннее. «Электроэнцефалограмма — это что- то вроде самолета братьев Райт, а мы летаем уже на F-16», — иронично замечает Дэниел Моран, руководитель эксперимента, проводимого в Вашингтонском университете. Здесь с помощью специального имплантата — тончайшей сетки размером 8 на 8 сантиметров, наносимой на поверхность мозга, — можно транслировать слабые нервные импульсы непосредственно в компьютер. Уже после часовой тренировки четверо участников эксперимента играли в простенькие компьютерные игры.

Еще одно направление исследований — электростимуляция рук или ног. Участники этих экспериментов, лишенные возможности двигаться, мысленно управляют не курсором компьютера, а движениями мускулатуры. Электроды, прикрепленные, например, к ноге пациента, передают нервным волокнам мышц от 20 до 50 электрических импульсов в секунду. Под их действием мышцы здорового человека сокращаются. В данном случае очень важно соблюсти правильный порядок сигналов, иначе движение не состоится. Уже первые эксперименты показали, что электроды нужно имплантировать непосредственно в головной мозг и мускулатуру пациентов, поскольку в противном случае движения получаются очень неточными.

Американские исследователи еще в 1990-е годы разработали систему под названием «Freehand». Она соединяет части нервного тракта, перерезанного вследствие болезни или травмы. С помощью микроскопа электроды с точностью до миллиметра размещают на мышцах парализованной руки. Сенсоры, расположенные, например, на плече пациента, регистрируют нервные сигналы — те команды, которым не может подчиниться рука. В ответ на это раздражение блок управления системы поочередно включает те или иные электроды, вызывая сокращения мышц. Рука вновь оживает, начинает двигаться, совершает хватательные движения, например, берет стаканы или тарелки. Разумеется, пациенту предстоит долго учиться тому, как целенаправленно передавать нервные импульсы.

Сейчас это — самый распространенный в мире нейропротез. В общей сложности им пользовались более 320 человек. Однако даже для того, чтобы научиться простейшим движениям, требовалась длительная тренировка. Многие пациенты теряли, в конце концов, терпение. Дальнейшие работы над этим протезом были прекращены.

Тем не менее в перспективе создание более сложных протезов, которые помогут больным передвигаться без костылей. Идея та же — детально изучить взаимодействие мышц человека при ходьбе, а потом, имплантировав электроды в мускулатуру ног пациента, возбуждать мышцы в той же последовательности. Ими можно управлять с помощью особой программы — «алгоритма ходьбы». Разумеется, здесь еще более важна координация движений. Если она будет соблюдена, пациент начнет расхаживать по комнате с осторожностью робота. Для человека, лишенного возможности двигаться, это неуклюжее переминание с ноги на ногу станет поистине счастливым поворотом в жизни, «вторым рождением».

Компьютеры возвращают способность не только двигаться, но и чувствовать. Есть две принципиально разные идеи создания протезов для слепых. В одном случае, если у человека вследствие болезни отмирает сетчатка глаза, ее может заменить микросхема, размещенная позади нее. Кремниевые фотодиоды придут на смену фоторецепторам глаза. Они преобразуют свет в электрический ток, возбуждающий зрительный нерв, а затем импульсы пересылаются в головной мозг.

В другом методе используют видеокамеру, помещая ее, например, в оправе очков. Миниатюрный компьютер преобразует изображение в сигналы, которые поступают в микросхему, встроенную в сетчатку глаза. Далее схема та же: зрительный нерв, головной мозг.

В США некоторым слабо видящим пациентам уже имплантирован протез сетчатки. Теперь они могут даже различать буквы, правда, не все. Недостаток данной модели в том, что она работает лишь при ярком освещении, но, как полагают, через пару лет появятся имплантаты сетчатки, которые помогут их обладателям ориентироваться и в полутемных помещениях, и в час сумерек.

По схожему принципу устроены и протезы внутреннего уха. Они преобразуют звуковые волны в электрические импульсы, которые возбуждают слуховой нерв. Этого, впрочем, недостаточно, чтобы распознавать речь. Нужен дополнительный процессор речи, который фильтрует окружающие шумы и выделяет слова, произнесенные на их фоне. Этот процессор носят за ухом, как обычный слуховой аппарат.