Daniel Yoshor et al. / Cell, 2020
Американским ученым удалось добиться появления сложных зрительных образов через глубокую стимуляцию зрительной коры. Для этого они динамически меняли силу тока и продолжительность стимуляции близко расположенных электродов так, чтобы они складывались в буквы. Методику опробовали на зрячих и незрячих пациентах с вживленными в затылочную долю электродами: и те, и другие смогли распознать и нарисовать буквы на сенсорном экране. Статья опубликована в журнале Cell.
В большинстве случаев слепота обусловлена прямыми поражениями сетчатки глаза или зрительного нерва, а зрительная кора и остальные отделы, которые могут обработать визуальную информацию, остаются нетронутыми. Восстановить зрение хотя бы частично, поэтому, можно с помощью прямой стимуляции зрительных отделов — точно так же, как, например, заставляют двигаться конечности с помощью прямой стимуляции моторной коры.
Разумеется, сделать это сложнее: зрительная кора гораздо специфичнее, чем моторная (впрочем, и она устроена непросто). У зрительной коры, однако, есть довольно важная для возможной стимуляции особенность: нейроны в ней расположены ретинотопически — их активность пространственно повторяет то изображение, которое попадает на сетчатку.
Этой особенностью в своем исследовании воспользовались ученые под руководством Дэниела Йошора (Daniel Yoshor) из Бейлорского медицинского колледжа. В их эксперименте приняли участие трое зрячих пациентов с эпилепсией и двое слепых пациентов, в затылочную (ту, где находится зрительная кора) область которых была имплантирована пластина из 24 электродов. Ученые предположили, что последовательная стимуляция каждого из них приведет к формированию у участников зрительного образа — фосфена.
Ученые начали со стимуляции двух близкорасположенных электродов длительностью в 100 миллисекунд, частотой в 60 герц и разной силой тока. Во время стимуляции (на этом этапе ученые стимулировали зрительную кору одного незрячего пациента) участника просили изображать появляющиеся образы на сенсорном экране. Калибровка показала, что фосфен в правом верхнем углу зрительного поля появляется при стимуляции током в 4 миллиампера через правый верхний электрод, а фосфен в левом верхнем углу — при стимуляции соответствующего электрода током силой 3,6 миллиампера.
Интересно, что, варьируя подачу тока в двух электродах, ученым удалось добиться появления фосфенов между изначальными двумя: например, стимуляция правого электрода током в 2 миллиампера, а левого — в 1,8 миллиампера приводила к тому, что фосфен появлялся ровно посередине. Ученые заключили, что добиться появления фосфенов можно не только стимулируя физические электроды, но и «виртуальные», промежуточные электроды — меняя силу тока двух близлежащих электродов.
Расположение появляющихся фосфенов при изменении стимуляции между электродами
Daniel Yoshor et al. / Cell, 2020
Появление непрерывной линии при динамической стимуляции пяти расположенных рядом электродов
Daniel Yoshor et al. / Cell, 2020
Восстановление образов букв
Daniel Yoshor et al. / Cell, 2020
Daniel Yoshor et al. / Cell, 2020
Непонятно, однако, можно ли будет добиться появления более сложных фосфенов, например, цветных или объемных: ученые отметили, что электроды у участников были расположены как в первичной, так и во вторичной зрительной коре, но при их стимуляции разницы не было.
С другой стороны, появления более сложных зрительных образов можно добиться через стимуляцию веретенообразной извилины: по крайней мере, на это указывает эксперимент, проведенный три года назад. Тогда пациенту с вживленными в эту область мозга электродами удалось увидеть радугу и лица там, где их не было.
Елизавета Ивтушок