Pirmą kartą istorijoje Kinijoje patvirtintas smegenų implantas, kurio paskirtis – padėti paralyžiuotiems žmonės atkurti rankų judesius. Ši smegenų ir kompiuterio sąsaja (BCI) yra pirmoji pasaulyje technologija, kuria galės naudotis už klinikinių tyrimų ribų. Ji bus skirta 18–60 metų pacientams, kurie dėl kaklinės nugaros smegenų dalies traumų kenčia nuo visiško galūnių paralyžiaus.
STRAIPSNIS TRUMPAI
- Kinijoje patvirtintas pirmasis pasaulyje smegenų implantas, skirtas žmonėms, kurie patyrė nugaros smegenų traumą kaklo srityje.
- Bendrovės „NEO“ technologija yra mažiau invazyvi nei ta, kurią vysto milijardieriaus E. Musko įmonė „Neuralink“. Tai turi tie pliusų, tiek minusų.
- Įrenginį testavo 32 žmonės, ir visiems jiems pavyko atlikti sugriebimo judesį, pasitelkiant specialią pirštinę.
- Dar nerecenzuotame moksliniame tyrime taip pat teigiama, kad pacientas su visų galūnių paralyžiumi, naudojęs naujai patvirtiną įrenginį, galėjo valgyti ir gerti dešine ranka. Be to, šiek tiek pagerėjo ir kairės rankos funkcija, nors su ja bandymai nebuvo atliekami.
- Mokslininkai ramina, kad situacijos, kuriose smegenų implantai perima žmogaus valdymą ir atima laisvą valią, – gero filmo, bet ne realybės scenarijus.
Šanchajaus bendrovės „Neuracle Medical Technology“ sukurtam įrenginiui NEO suteiktas oficialus Nacionalinės medicinos prietaisų asociacijos patvirtinimas.
Esminis technologijos veikimo principas – sąsaja tarp smegenų ir kompiuterio. Aštuoni elektrodai registruoja elektrinį aktyvumą, kai žmogus įsivaizduoja judinantis ranką, tuomet signalai perduodami į kompiuterį, kuris juos iššifruoja ir panaudoja liepdamas ant paralyžiuotos rankos uždėtam egzoskeletui atlikti norimus judesius.
Kaip pasakoja Kauno technologijos universiteto (KTU) Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto mokslininkė dr. Karolina Armonaitė, smegenys sudarytos iš nervinių ląstelių, neuronų, kurie pasižymi elektriniu aktyvumu ir tarpusavyje bendrauja perduodami signalus per sudėtingus neuroninius tinklus. Šie signalai nėra atsitiktiniai, jie koduoja, atspindi ir perduoda informaciją apie mūsų pojūčius, ketinimus ir veiksmus. Tokia informacija į smegenis patenka per jutimus: regėjimą, klausą, uoslę ar lytėjimą, o vėliau yra apdorojama ir saugoma neuroninių jungčių lygiu.
„Panašiai veikia ir motorika. Judesiai, kurie atrodo paprasti, pavyzdžiui, vaikščiojimas ar valgymas, taisyklingai koordinuojant įrankį, kad maistas pakliūtų ten, kur reikia, iš tikrųjų yra sudėtingas ir per gyvenimą išmokstamas procesas. Taigi tokie gebėjimai yra „užkoduoti“ neuroniniuose tinkluose, kurie koordinuoja mūsų ketinimą ką nors daryti, patį judesį ir raumenų veiklą“, – pasakoja mokslininkė.
Kai šie tinklai arba ryšiai tarp smegenų ir kūno yra pažeidžiami, pavyzdžiui, dėl traumos ar insulto, gali būti prarastos motorinės ar kitos funkcijos. Tokiais atvejais gali būti pasitelkiamos technologijos, tokios kaip smegenų ir kompiuterio sąsaja.
„BCI leidžia registruoti smegenų elektrinį aktyvumą. Tuomet signalas siunčiamas apdoroti ir interpretuoti į dažniausiai laidu susietą kompiuterį. Ši informacija tuomet gali būti panaudota išoriniams įrenginiams valdyti, tokiems kaip kompiuterio pelės žymeklis ar robotinė galūnė. Tai reiškia, kad neuronų grandinių sukurtas signalas, atsakingas už tam tikrą veiksmą, yra paverčiamas valdymo komandomis, leidžiančiomis valdyti išorinį įrenginį“, – aiškina K. Armonaitė.
Aplenkė „Neuralink“
Kinų NEO aplenkė Elono Musko smegenų implantų bendrovę „Neuralink“, kuri šiuo metu dar neturi klinikiniais tyrimais patvirtinto produkto. Tiesa, anot ekspertų, abiejų įmonių kuriami implantai tarpusavyje gerokai skiriasi.
Monetos dydžio NEO įrenginys – minimaliai invazinis implantas. Jis įtvirtinamas kaukolėje, o aštuoni elektrodai ne integruojami į pačias smegenis, bet padedami ant jų dangalo vienoje galvos pusėje.
„Kaip sakant, lazda su dviem galais – tokio tipo prietaisas gali iš karto mažiau informacijos nuskaityti ir mažiau ko nors padaryti, bet iš tos pusės automatiškai mažesnis yra visokiausių rizikų, uždegimų, atmetimo pavojus ir panašiai“, – pastebi Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) profesorius Aidas Alaburda.
„Neuralink“ implantai reikalauja chirurginės intervencijos, kurios metu atveriama žmogaus kaukolė, todėl egzistuoja įprastos chirurginės rizikos: infekcija, kraujavimas, smegenų audinio pažeidimas ar komplikacijos po operacijos.
„Be to, net ir po sėkmingos implantacijos ilgainiui gali susiformuoti randinis audinys aplink elektrodus, kuris gali paveikti signalo kokybę ir sumažinti sistemos efektyvumą. Taip pat svarbu paminėti, kad smegenys yra dinamiškas organas, jos nuolat keičiasi, vyksta neuroninių ryšių persitvarkymas – dėl šių pokyčių ilgainiui gali keistis ir implanto veikimas, todėl kai kuriais atvejais gali prireikti papildomo reguliavimo ar net pakartotinės intervencijos. Egzistuoja ir technologinės rizikos, galimi implanto gedimai ar signalų nestabilumas, kas taip pat gali lemti poreikį operaciją kartoti“, – vardija K. Armonaitė.
Todėl šiuo metu tokių implantų, kokius vysto milijardierius E. Muskas, nauda dažnai vertinama labai atsargiai. „Neuralink“ naudoja labai plonas elektrodų gijas, kurios įvedamos tiesiai į smegenų audinį. Tai leidžia gauti aukštesnės raiškos ir tikslesnius signalus, nes elektrodai yra arčiau neuronų, tačiau kartu padidina chirurginę ir biologinę riziką bei kelia iššūkių dėl ilgalaikio patikimumo“, – teigia mokslininkė.
Kalbant apie Kinijoje patvirtintą implantą, dėmesys daugiausia skiriamas reabilitacijai ir motorinių funkcijų atkūrimui. Tuo metu „Neuralink“ tikslas – aukštos raiškos smegenų signalų nuskaitymas ir jų panaudojimas įvairioms technologijoms valdyti.
Visgi abi technologijas vienija belaidžio ryšio naudojimas – anot K. Armonaitės, tai leidžia pacientui naudotis sistema laisviau, pavyzdžiui, namų aplinkoje.
Įžvelgia ir kritikos
Praėjusiais metais paskelbtame dar nerecenzuotame moksliniame tyrime taip pat teigiama, kad tetraplegiją turintis pacientas – kai paralyžiuotos visos galūnės – naudojęs naujai patvirtintą įrenginį devynis mėnesius, galėjo valgyti ir gerti dešine ranka, nors anksčiau to padaryti negalėjo, taip pat pagerėjo jo gebėjimas suimti, laikyti, suspausti ir judinti dešinę ranką, šiek tiek pagerėjo ir kairės rankos funkcija, nors su ja bandymai nebuvo atliekami. Šis asmuo dalyvavo klinikiniame tyrime, kuriame iki šešių mėnesių po implantavimo buvo vertinamas įrenginio saugumas ir veiksmingumas.
Anot K. Armonaitės, moksle yra įprasta, kad įvairūs tyrimai ir naujos technologijos turi būti patvirtintos didesnėse pacientų grupėse, todėl vieno paciento tyrimas laikomas ankstyvos stadijos rezultatu. Vis dėlto ji priduria:
„Kiekvienas toks tyrimas yra labai svarbus, ypač kalbant apie pacientus, kurie yra sunkiai paralyžiuoti. Gebėjimas smegenų signalais valdyti išorinį įrenginį jau savaime yra reikšmingas pasiekimas, net jei jis parodytas tik vienam pacientui.“
Nors BCI technologijos vystomos jau kurį laiką, jų pritaikymas klinikinėje praktikoje vis dar ribotas.
„Taip yra todėl, kad tokios sistemos dažnai reikalauja invazinių procedūrų ir turi atitikti aukštus saugumo bei patikimumo reikalavimus. Todėl šį rezultatą galima vertinti ne kaip netikėtą proveržį ar išpūstą burbulą, o kaip natūralią, bet labai svarbią pažangą sparčiai besivystančioje srityje, kuri turi didelį potencialą, tačiau dar reikalauja platesnių tyrimų ir ilgalaikio įvertinimo“, – priduria mokslininkė.
Vis dėlto į technologiją ir atliktą pažangą reikėtų žvelgti kritiškai, vertinant tai, kas padaryta dabar.
„Bet koks pagerėjimas žmonėms, kurie yra paralyžiuoti, sveikintinas ir labai svarbus. Bet lūkesčiai turėtų būti tikslūs ir aiškiai įvardyti, kas yra kas, neklaidinti savęs ir kitų. Tai ar šiek tiek padeda, pagerina situaciją – taip. Ar gali visiškai atkurti paralyžiuoto žmogaus gebėjimus – tikrai ne“, – komentuoja A. Alaburda.
Mokslininko teigimu, neinvazinių smegenų implantų perspektyvos – didesnės.
„Invaziniai gali padėti labiau pažeistiems pacientams, bet yra daugiau rizikų. Tokie, kaip šis, gali padėti tada, kada trūksta tik „šiek tiek“, aš taip žargoniškai sakau. Aš manau, kad mažiau invazinis turi didesnę perspektyvą, yra šansų, kad jis bus plačiau naudojamas, jam reikės paprastesnės infrastruktūros, jis bus pigesnis, nebus atmetimo reakcijų ir panašiai“, – teigia pašnekovas.
Pasak Chen Liango, neurochirurgo iš Huašano ligoninės, kuris dalyvavo klinikiniuose naujai patvirtinto įrenginio tyrimuose, iki šiol šį įrenginį testavo 32 žmonės ir visiems jiems pavyko atlikti sugriebimo judesį, pasitelkiant specialią pirštinę.
Ne visiems veikia vienodai
BCI ne visiems pacientams veikia vienodai. Viena iš priežasčių – tam, kad BCI veiktų, reikia gebėjimo aiškiai ir tiksliai įsivaizduoti tą judesį, kad būtų sugeneruoti aiškūs ir pakankamai stabilūs jį reprezentuojantys smegenų signalai.
„Tokie gebėjimai skiriasi tarp žmonių. Tai ne vien tik „tikslus įsivaizdavimas“, bet ir individualūs neurofiziologiniai skirtumai“, – pastebi K. Armonaitė.
Smegenų implantai gali būti daugiau arba mažiau efektyvūs ir priklausomai nuo priežasties, kuri sukėlė paralyžių.
„Pavyzdžiui, jei paralyžius atsirado dėl nugaros smegenų pažeidimo, bet smegenys išlieka funkciškai aktyvios, BCI technologijos gali būti gana perspektyvios, nes jos gali „apeiti“ pažeistą vietą ir perduoti signalus į išorinius įrenginius arba padėti atkurti funkciją per mokymosi procesus“, – pasakoja K. Armonaitė.
Tačiau jei pažeidimas yra pačiose smegenyse, ypač tose srityse, kurios atsakingos už judesių generavimą, signalai gali būti silpni arba nepakankamai aiškūs. Todėl tokių technologijų pritaikymas tampa sudėtingesnis arba mažiau efektyvus.
Mokslininkų teigimu, nors smegenų implantų ateities perspektyva – didžiulė, šiuo metu kalbėti apie pritaikymą visam kūnui – dar anksti.
„Atsižvelgdamas į tai, kad smegenys labai sudėtingos ir komplikuotos, ten yra visokių visokiausių mechanizmų, aš asmeniškai būčiau linkęs [manyti], kad mes esame arčiausiai tos ribos, kiek galime prieiti. Kažkiek galima padėti, bet bent iš dabartinės perspektyvos žiūrint į tai, kas apie smegenis žinoma, manau, kad tikėtis, jog kažkoks stebuklingas prietaisas staiga pagydys viso kūno paralyžių nereikėtų“, – teiga A. Alaburda.
Tam pritaria ir K. Armonaitė: „Kol kas apie tai kalbėti kaip apie plačiai pritaikomą realybę dar per anksti. Dabartiniai rezultatai, įskaitant šį Kinijos tyrimą, rodo, kad tikrai egzistuoja potencialas atkurti tam tikras funkcijas, tačiau tai dar nėra visiškas natūralaus judėjimo atkūrimas.“
Tiesa, jau yra pavienių atvejų, kai naudojant sudėtingesnes sistemas, pavyzdžiui, smegenų ir stuburo sąsajas, kartu su elektrine stimuliacija pacientams pavyko atsistoti ar net žengti kelis žingsnius. Gilioji smegenų stimuliacija (angl. deep brain stimulation, DBS) jau yra efektyviai taikoma, pavyzdžiui, Parkinsono liga sergantiems pacientams, siekiant sumažinti tremoro simptomus.
„Vis dėlto tokios sistemos yra labai kompleksinės, dažnai reikalauja papildomos įrangos, chirurginių intervencijų ir intensyvaus treniravimo, todėl jos dar nėra plačiai prieinamos klinikinėje praktikoje. Didelis proveržis būtų pasiektas tuomet, jei tokias funkcijas būtų galima atkurti naudojant neinvazines technologijas, pavyzdžiui, galvos paviršiuje registruojamą elektroencefalogramą. Tačiau šiuo metu tokios sistemos pasižymi mažesniu tikslumu, todėl dar negali pakeisti invazinių sprendimų“, – pastebi K. Armonaitė.
Užvaldys žmonių smegenis?
Smegenų implantų diskusijos pritraukia ir nemažą būrį sąmokslo teorijomis tikinčių ir jas skleidžiančių žmonių. Mokslininkai ramina, kad situacijos, kuriose smegenų implantai perima žmogaus valdymą ir atima laisvą valią, – gero filmo, bet ne realybės scenarijus.
A. Alabardos teigimu, net ir norėdami pasinaudoti smegenų implantais piktiems kėslams – negalėtume.
„Mes galime užregistruoti tik labai labai mažos smegenų dalies aktyvumą. Iš principo iki galo nežinoma, ką tas elektrinis smegenų aktyvumas reiškia. Mes registruojame tai, ko iki galo nesuprantame“, – pastebi pašnekovas.
K. Armonaitės teigimu, jeigu kada nors pasieksime tokį smegenų supratimo lygį, kad galėtume valdyti žmogaus valią, tai reikštų, kad jau esame išsprendę kitas problemas, pavyzdžiui, išgydę daugelį neurologinių ir psichiatrinių ligų – šiandien esame labai toli nuo to.
„Sąmokslo teorijų šalininkai gali nusiraminti. Šiuo metu technologijos dar negali patikimai atkurti net gana paprastų funkcijų, tokių kaip rankos judesiai ar motorika, kurios turi aiškią biologinę išraišką. Todėl kalbėti apie minčių ar valios „valdymą“ yra labiau mokslinės fantastikos nei realybės klausimas“, – tikina KTU mokslininkė dr. Karolina Armonaitė.
Esamos smegenų ir kompiuterio sąsajos fiksuoja labai konkrečius, aiškiai apibrėžtus ir pakartojamus signalus, susijusius su tam tikromis funkcijomis, pavyzdžiui, griebimu ar judesio ketinimu. „Tačiau mintys, sprendimai ar valia nėra lokalizuoti vienoje smegenų vietoje, tai yra sudėtingų, daugelio smegenų sričių veiklos rezultatas“, – priduria pašnekovė.
