Naukowcy testują już unikalne urządzenia, które otwierają przed ludźmi ogromne perspektywy.
- Cybermedycyna to wprowadzanie do organizmu człowieka rozmaitych urządzeń, które pomagają korygować niepełnosprawności fizyczne, zwalczać poważne choroby i ich konsekwencje, jednym słowem, aby jak najbardziej przedłużyć normalne, pełne życie - wyjaśnia kierownik laboratorium Instytutu Wyższej Aktywności Nerwowej i Neurofizjologii Rosyjskiej Akademii Nauk, doktor nauk biologicznych, Profesor Alexander Frolov.
Czołowy naukowiec zajmuje się badaniem budowy mózgu na poziomie neuronów, rozwojem interfejsów mózg-komputer oraz ich wykorzystaniem do rehabilitacji pacjentów po urazach i chorobach. W ramach Wykładu Naukowego - 2045, który odbywa się w Moskwie, ekspert opowiedział o najnowszych osiągnięciach w dziedzinie cybermedycyny w Rosji i innych krajach, a także o ekscytujących perspektywach, które otwierają się przed ludzkością.
„ZOBACZ MÓZGIEM”
„Protetyka nerek jest już szeroko stosowana na całym świecie: urządzenia, które zastępują te narządy, mogą działać w ludzkim organizmie nawet przez 40 lat” - przypomina naukowiec. - Od 2 do 7 lat sztuczne serce jest w stanie podtrzymywać ludzkie życie. Aktywnie rozwijane są protezy płuc i wątroby. Jednak sukcesy tutaj nie są tak imponujące: główny narząd oddechowy „żyje” nie dłużej niż 6 miesięcy, a wątroba pracuje tylko 4 dni. Ale to dopiero początek.
W tym samym czasie cybermedycynie udało się zrobić coś, co wprawia w zakłopotanie wyobraźnię, a dla wielu nadal wydaje się science fiction: protetykę najbardziej złożonego układu narządów wzroku.
Jak wiadomo, ludzie często tracą wzrok z powodu śmierci komórek siatkówki - to jest skorupa oka, która postrzega obraz i przekształca go w impulsy nerwowe. Są przesyłane do mózgu, tam odszyfrowywane i otrzymujemy zwykłe wizualne obrazy obiektów - widzimy je. Dla tych, którzy z powodu kontuzji lub choroby zostali pozbawieni takiej możliwości, amerykański naukowiec i okulista William Dobelle z Nowego Jorku stworzył wyjątkowe urządzenie.
Film promocyjny:
„Osoba zakłada okulary, w których umieszczona jest mała kamera telewizyjna, a sygnał optyczny z niej trafia do elektrochipa wszczepionego do kory wzrokowej mózgu z tyłu głowy” - wyjaśnia Alexander Frolov. - Chip składa się z elektrod, gdy są podekscytowane, pojawiają się błyski światła - fosfeny (można je sobie wyobrazić, naciskając lekko na zamknięte oko). W ten sposób obraz wizualny pochodzący z kamery telewizyjnej jest zamieniany na określony zestaw błysków świetlnych. Początkowo wydają się człowiekowi chaotyczne i nieuporządkowane, ale wraz z treningiem i użyciem w życiu codziennym mózg zaczyna rozpoznawać i przyzwyczajać się do tego, że każdy obiekt odpowiada jednemu lub innemu modelowi błysków.
„Wykonano około 20 operacji, zakończyły się powodzeniem, jeden z pacjentów był nawet w stanie prowadzić samochód” - mówi profesor Frolov. W 2004 roku dr Dobelle, który założył swój instytut w Nowym Jorku, zmarł, ale jego koledzy w Stanach Zjednoczonych i innych krajach kontynuują badania, aby osoby niewidome mogły uzyskać pełniejsze obrazy otaczającego ich świata.
JAK MYŚLI MOC KONTROLUJE ROBOTA
W laboratorium Alexandra Frolova przeprowadzono eksperyment: na głowę człowieka nakładana jest siatka encefalograficzna, która odczytuje sygnały elektryczne mózgu i przesyła je do komputera w celu rozpoznania. Obiekt siedzi przed ekranem, cel ustawia się na monitorze i sugeruje się, aby przesunąć na niego kursor … siłą myśli.
„Kiedy wyobrażamy sobie pewien ruch, w mózgu pojawia się odpowiadający mu sygnał elektryczny” - wyjaśnia profesor. „Jeśli złapiesz ten sygnał i odszyfrujesz go za pomocą komputera, możesz wysłać niezbędne polecenie do jakiegoś urządzenia zewnętrznego i w ten sposób nim sterować”.
Podobny algorytm zastosował w praktyce jeden z pionierów neurocybernetyki, profesor John Donahue z Brown University (USA). Dwóch pacjentów, 58-letnia kobieta, która została sparaliżowana ponad 15 lat temu oraz 66-letni mężczyzna, który został całkowicie unieruchomiony po udarze, mieli wszczepione neurochipy do kory ruchowej. Sygnały z mózgu trafiały do komputera, przetwarzane i przekazywane do manipulatora - robota w postaci dłoni.
Pacjenci musieli sobie wyobrazić, że przesuwają sztuczną rękę we właściwym kierunku. Kobieta trenowała przez 4 dni, dzięki czemu była w stanie samodzielnie wziąć robotyczną ręką i przynieść sobie termos z kawą. Mężczyźnie udało się szybciej opanować protezę: wkrótce był w stanie kontrolować manipulator siłą myśli, tak że cyber-palce chwyciły i ścisnęły piankową kulkę.
„Jesteśmy blisko powrotu do sparaliżowanej zdolności wykonywania rutynowych czynności, które miliardy ludzi wykonują w swoim codziennym życiu, nie myśląc o tym, jak to działa” - powiedział dr Donahue w wywiadzie. Naukowcy pracują obecnie nad stworzeniem sztucznego ramienia z szybszym i bardziej elastycznym sterowaniem.
PROTEZA MOŻE „POCZUĆ”
„Cyberoprotetyka rozwija się na całym świecie dla osób, którym amputowano ręce lub nogi” - kontynuuje Alexander Frolov. Jednym z najbardziej uderzających przykładów jest południowoafrykański biegacz Oscar Pistorius. Z protezami zamiast obu nóg wygrał wiele Igrzysk Paraolimpijskich, a nawet z powodzeniem rywalizował ze zdrowymi sportowcami.
Co więcej, przez kilka lat Pistoriusowi nie wolno było uczestniczyć w zwykłych wyścigach pod pretekstem, że unikalne protezy mają przewagę nad ludzkimi nogami. Ale potem zakaz został zniesiony (teraz Pistorius jest oskarżony o zabójstwo swojej dziewczyny, modelki, jest sądzony).
W zeszłym roku do Rosji przyjechał słynny „człowiek-cyborg” Nigel Ekland. Na konferencji prasowej pokazał dziennikarzom, jak umiejętnie operuje bioniczną protezą, zastępując amputowaną prawą rękę od łokcia. Nigel w pełni służy sobie w domu: gotuje, jeździ samochodem, pisze na komputerze.
„Wystarczy, że wyobrażam sobie, powiedzmy, że szczypię piłkę. Sygnał z mózgu dociera do mięśnia kikuta, który kurczy się i przekazuje impuls do silnika protezy. Wtedy cyberpicks się wygina i mogę coś złapać”- wyjaśnia Ekland.
Teraz naukowcy wchodzą w kolejny etap: tworzenie systemu, który będzie przekazywał sygnały nie tylko z mózgu do urządzenia zewnętrznego, ale także w przeciwnym kierunku. Oznacza to, że za pomocą komputera mózg będzie w stanie rozpoznać właściwości obiektów, których dotyka proteza. W rzeczywistości człowiek nauczy się „czuć” swoją sztuczną rękę!
„Aby to zrobić, trzeba będzie wyposażyć system w receptory, które będą wychwytywać zmiany w konfiguracji obiektu, odbierać sygnały dotykowe - wszystko to pozwoli na przekazanie uczucia do mózgu” - rysuje zapierający dech w piersiach obraz Aleksandr Frolov.
W rezultacie zarządzanie protezami będzie jak najbardziej zbliżone do pełnoprawnego działania ludzkich dłoni i stóp. Bardzo czułe roboty mogą być wykorzystywane do najbardziej złożonych operacji w medycynie, badaniach i rozwoju oraz w innych dziedzinach naszego życia.
MÓZG + KOMPUTER DO REGENERACJI PO UDERZENIU
Liczba pacjentów z krwotokami mózgowymi rośnie zarówno w naszym kraju, jak i na całym świecie. Jedną z najpoważniejszych konsekwencji udaru jest paraliż, który występuje z powodu uszkodzenia obszaru motorycznego mózgu. W takich przypadkach medycyna cybernetyczna może pomóc w rehabilitacji. Jest to projekt, nad którym obecnie pracuje zespół profesora Frolova pod auspicjami Ministerstwa Zdrowia przy współfinansowaniu przez Rosyjską Fundację Badań Podstawowych (RFBR).
„Udowodniono, że kiedy człowiek wyobraża sobie ruchy rąk lub nóg, aktywowane są te same części mózgu, co podczas rzeczywistych ruchów” - mówi Alexander Alekseevich. Podczas treningu pacjenci zakładani są na czepki encefalograficzne, które odczytują sygnały mózgowe, a te części ciała, które wymagają „poruszenia”, wkładane są do egzoszkieletu - urządzenia podłączonego do komputera i powtarzającego kształt ciała.
Osoba proszona jest o wyobrażenie sobie, powiedzmy, rozluźnienia ramienia - ponieważ po udarze ręce są często ściśnięte i nie można ich samodzielnie rozpiąć (nazywa się to spastycznością). Poprzez komputer sygnał z mózgu jest przekazywany do egzoszkieletu noszonego na dłoni, a urządzenie rozluźnia dłoń. „Znaczenie tej procedury polega na tym, że gdy wyimaginowany ruch pokrywa się z rzeczywistością - nawet jeśli jest to osiągane za pomocą zewnętrznego urządzenia, w mózgu zachodzą wyjątkowe zmiany plastyczne - procesy, które przywracają funkcje motoryczne” - wyjaśnia profesor Frolov.
Jak dotąd jest to technologia eksperymentalna, która obejmuje 20 pacjentów. Zakłada się, że badania kliniczne nowej metody rehabilitacji potrwają kolejne trzy lata. Jeśli ich skuteczność zostanie potwierdzona u większości pacjentów, wówczas technologię cybernetyczną można wprowadzić do oficjalnych rosyjskich standardów rehabilitacji po udarze.