Visa tiesa apie smegenų implantus: tyrimai gal ir šiurpina, bet rezultatai radikaliai pakeis pasaulį

Neuromokslo pasiekimai leido suprasti, kaip veikia protas ir gimsta mintys. Fizikos profesorius Michio Kaku knygoje „Ateities fizika“ (2013) rašo, kad šiame šimtmetyje tapsime panašūs į dievus, kuriuos kadaise garbinome ir kurių bijojome, galėsime savo proto galia manipuliuoti daiktais, vien minties galiomis judinti daiktus.

Kompiuteriai, skaitydami mūsų mintis, tenkins mūsų norus. 2014 metų pasaulio futbolo čempionate San Paulo mieste Brazilijoje 29 metų Juliano Pinto, sergantis abiejų kojų paralyžiumi, pradėjo žaidimą smūgiu iš aikštės vidurio su mintimis valdomais kojų protezais.

Šį įvykį plačiai komentavo pasaulio žiniasklaida, nes jis simbolizavo atsiradusias smegenų valdomų mašinų galimybes. Tačiau kad smegenys bendrautų su kompiuteriu ar kita mašina, reikalinga jų sietis (angl. interface).

Todėl pastaraisiais dešimtmečiais labai išaugo smegenų ir kompiuterių sieties tyrimai, kurių tikslas yra sukurti tiesioginio smegenų bendravimo su išoriniais prietaisais, tokiais kaip kompiuteriai ar protezai, galimybę. Ir nors šios naujos galimybės yra jaudinančios, dar reikia įveikti daug didelių kliūčių, kol jos taps žmonių kasdienio gyvenimo dalimi.

Iki šiol smegenų ir kompiuterių bendravimas buvo tik koncepcijos demonstracija. Naujausi JAV BrainGate konsorciumo, į kurį įeina mokslininkai, inžinieriai ir gydytojai, tyrimai pasiekė ženklių laimėjimų.

Brauno universiteto (JAV) tyrėjas Leighas Hochbergas sakė: „Mūsų tyrėjai kuria intuityvią, nuolat prieinamą smegenų ir kompiuterio sietį, kurią būtų galima naudoti 24 valandas per dieną, septynias dienas per savaitę, kurią valdytų pasąmonės mintys, leidžiančios pakelti kavos puodelį ar judinti kompiuterio pelę.“

Tyrėjai siekia, kad tokie prietaisai būtų maži, bevieliai ir juos galima būtų naudoti be kitų pagalbos. Sergantys abiejų kojų paralyžiumi arba kurie prarado judinamąją ir juntamąją funkciją dėl sklerozės, stuburo sužeidimų ar insulto sukeltų smegenų pažeidimų, bendravimas su kitais žmonėmis yra labai apsunkintas arba negalimas.

Siekiant padėti tokiems žmonėms tyrėjai sukūrė įrangą, kuri sujungia ligonio smegenis su kompiuteriu, leidžiančią jiems mintimis nurodant rašyti virtualia klaviatūra ir bakstelėti žymeklį ekrane. Ji yra panaši į tą, kurią naudoja suparalyžuotas garsus britų fizikas Stephenas Hawkingas.

Smegenų valdomi prietaisai veikia dvejopai – per elektroencefalogramos kepurę, kuri registruoja smegenų veiklą elektrodais, priglaustais prie galvos odos arba prietaisu, įterptu tiesiai po galvos oda. Smegenų veiklos dešifratorius verčia smegenų elektromagnetinius signalus į komandas, kurios judina kompiuterio žymeklį arba protezo galūnę.

BrainGate sukūrė prietaisą, kuris susideda iš aspirino tabletės dydžio elektrodų rinkinio, kurie įterpiami į smegenų žievės sritį, atsakingą už valingą judėjimą. Pacientai mintimis judina kompiuterio žymeklį virtualiai spausdindami jo ekrane.

Straipsnyje, paskelbtame pernai rugsėjo mėnesį žurnale „Nature Medicine“ rašoma, kad pacientai tokio prietaiso pagalba rašė šešis žodžius per minutę. Žinoma, tai dar daug lėčiau, nei rašo sveiki žmonės.

Kadangi smegenų signalai keičiasi laikui bėgant, signalų dešifratorių reikia dažnai kalibruoti, ir tai yra didžiausias jo trūkumas. Kalibruoti reikia, jeigu nežymiai paslenka elektrodas, jeigu atsiranda elektromagnetiniai triukšmai, pavyzdžiui, suskamba telefonas ar pravažiuoja kaukdamas greitosios pagalbos automobilis.

Jau šiais metais žurnalas „Science Translational Medicine“ pranešė, kad sukurtas automatiškai kalibruojantis įrenginys, kuris yra didelis žingsnis tobulinant tokių prietaisų stabilumą ir patikimumą. Šiems įrenginiams reikia gerų kompiuterių, o kyšantys laidai yra ne tik infekcijų galimybė, bet taip pat yra nepatogūs pacientams, kurie nori laisvai judėti.

Kita Brauno universiteto tyrėjų grupė, vadovaujama neuroinžinieriaus Arto Nurmikko, kuria ir bando įterpiamus po galvos oda belaidžius ir mobilius įrenginius. Juos bando su beždžionėmis. Įterpiamas ir mažytis radijo aparatas, kuris transliuoja smegenų signalus 100 megabitų per sekundę greičiu. Tačiau tai tik maža dalis to, ką smegenys, kurie laiko milijardus bitų duomenų, gali perduoti.

Sietis yra visiškai įterpta po galvos oda ir kadangi niekas odos nepažeidžia, niekas iš jos nekyšo, infekcijos tikimybė labai sumažėja. Šiuos įrenginius išbandė beždžionės ir Nurmikko ruošiasi artimiausiais metais išbandyti juos su žmonėmis. Kartu ruošiasi sumažinti kompiuterius iki mobilaus telefono dydžio, kuriuos būtų galima nešioti kaip telefonus. Jie radijo ryšiu priimtų smegenų signalus iš elektroninio implanto ir atliktų visus veiksmus prieš pasiunčiant juos išoriniams įrenginiams, tokiems kaip kompiuteris arba dirbtinė ranka ar koja.

Vizija yra suteikti galimybę neįgaliems žmonėms nesijausti visiškai apribotiems ir nuo kitų priklausomiems. Kol kas realybė yra tokia, kad dauguma neįgalių pacientų renkasi neimplantuojamą smegenų ir kompiuterių sietį, nes nenori būti operuojami. Per elektroencefalogramas veikiančioms sietims nereikia neurochirurginės operacijos, bet jų galimybės daug mažesnės nei implantuojamų įrenginių.

„Per elektroencefalogramas veikiančioms sietims su elektrodais ant galvos atlikti sudėtingus, sumanius veiksmus, kaip, pavyzdžiui, groti pianinu vargu ar pasisektų,” – sako Nurmikko.

Nepaisant didelių smegenų bendravimo su kompiuteriu pasiekimų, dar laukia daug mokslinių tyrimų, kad mintimis valdomi prietaisai padėtų atlikti sudėtingus veiksmus, tokius kaip naudoti įrankius arba kalbėti. Tam reikia geriau suprasti esminius smegenų veiklos principus. Laukia dar ilgas kelias, kol smegenys lengvai bendraus su kompiuteriu, kuris valdys neįgalius žmonių organus, kol tapsime panašūs į mitologinius dievus. Bet mokslas kuria stebuklus ir suka civilizacijos ratą.

Smegenų ir mašinų sieties tyrai atveria dar vieną galimybę. Žmogaus akys mato tik labai siaurame elektromagnetinių bangų ruože. Bet Duke universiteto tyrėjas Miguelis Nicolelis sukūrė smegenų protezą, kuris suteikia graužikams šeštąjį pojūtį — galimybę matyti infraraudonųjų spindulių ruože.

Jis implantavo mikroelektrodus į pelių smegenų žievę, kuriuos sujungė su ant galvos uždėtu infraraudonųjų spindulių jutikliu. Pelės pradėjo mokytis gyventi kitokiame pasaulyje. Tyrimai siekia suteikti galimybę matyti visą elektromagnetinės spinduliuotės spektrą. Toks šeštojo pojūčio protezas gali būti taikomas sutvirtinant penkis pirmuosius pojūčius.

Kol kas universitetas atlieka su beždžionėmis staugūnais eksperimentus, kurių tikslas yra tobulinti smegenų defektus ir pažinimo galimybes. Tačiau jeigu žmonės matytų didesniame elektromagnetinio spektro ruože – matytų infraraudonųjų, ultravioletinių spindulių ir dar platesniame ruože – jie matytų naktį ir sunku būtų užmigti, matytų žmones kiaurai drabužių, kitokia atrodytų gamta. Pasaulis jiems atrodytų kitoks ir nebūtinai geresnis.

Prof. Jonas Grigas