Массив имплантированных микроэлектродов позволил контролировать движение колес «силой мысли».
Shawn Rocco / Duke Health
Имплантированные в моторную кору головного мозга обезьян
микроэлектроды позволили регистрировать мысленные команды и управлять
движением кресла-каталки. В будущем такая технология может дать
самостоятельность парализованным больным. О ней рассказывают статья, опубликованная в журнале Scientific Reports, и пресс-релиз Медицинской школы Университета Дьюка.
Группа профессора Мигеля Николесиса (Miguel Nicolelis) широко известна
рядом впечатляющих демонстраций возможностей «интерфейса мозг — машина»
(Brain-Machine Interface, BMI). Ученые напрямую подсоединяли ИК-датчики
к сенсорной коре крыс, открывая у них способности видеть в новой части спектра; с помощью имплантированных в мозг обезьян микроэлектродов реализовывали «мысленное» управление рукой-манипулятором.
В новой работе массивы из примерно 150 микроэлектродов в моторной коре
позволили макакам-резусам контролировать движения колес инвалидного
кресла.
Обезьяны неподвижно сидели в «кресле», закрепленном на простой колесной
платформе с электродвигателями. Для начала ученые сами управляли
ее движением и регистрировали связанные с тем или иным направлением
паттерны активности нейронов, возникающие в первичной моторной коре
(М1), первичной сенсомоторной коре (S1) и дорсальной стороне премоторной
коры (PMd), которая участвует в подготовке и планировании движений.
Таким образом авторы подготовили «базу данных» характерных нейронных
паттернов — эта информация стала основой для интерпретации сигнала
в эксперименте.
Макак привлекали угощением — виноградом, а интерфейс BMI регистрировал
и интерпретировал активность их мозга, посылая соответствующие сигналы
колесной платформе. Добраться до награды подопытным животным удалось
с первого же раза, однако по мере тренировки точность управления
платформой заметно возрастала, и с каждым повтором на ту же задачу у них
уходило все меньше времени.
Кроме того, авторы отметили, что по мере приобретения обезьяной опыта
микроэлектроды регистрировали все более яркое проявление нового паттерна
активности, который оказался связан с дистанцией, которую осталось
преодолеть до получения награды. Вскоре ученые сумели интерпретировать
этот новый сигнал и на его основе предсказывать, на каком расстоянии
от приманки находится обезьяна.
Неинвазивные методы регистрации активности мозга — такие как
электроэнцефалография — по понятным причинам считаются более подходящими
для помощи больным. Однако пока они не готовы составить конкуренцию
имплантированным микроэлектродам — ни в точности, ни в чувствительности
работы. «Некоторые парализованные люди даже моргнуть не могут, — сказал
профессор Николесис пресс-службе Университета Дьюка. — Для них
использования неинвазивных методов... может быть недостаточно. Нам
удалось показать, что интракраниальные импланты позволяют контролировать
движение кресла намного лучше них».
Стоит отметить, что в эксперименте участвовали макаки К и М, которые
использовались учеными и в ряде предыдущих опытов. Массивы
микроэлектродов были имплантированы им еще более трех лет назад, так что
при выполнении работы ни одно новое животное не пострадало.