Корреспондент: Третя рука. Кіберпротези, які керуються імпульсами з мозку, стали реальністю

Протези, керувати якими можна силою думки, перестали бути фантастикою – на Заході це частина повсякденного життя, пише Іван Морозовицький у №12 журналу Корреспондент від 28 березня 2014 року.

Перший удар по м'ячу на відкритті чемпіонату світу з футболу в Бразилії у 2014 році повинен зробити паралізований чоловік. Ще десятиліття тому таке здавалося немислимим, але тепер екзоскелет, безпосередньо підключений до кібернетичних імплантатів у мозку, дає таку можливість.

Цим жестом Бразилія, яка витратила на підготовку футбольного чемпіонату $ 3,2 млрд і має намір вкласти ще стільки ж, хоче показати свою готовність увійти до когорти не тільки економічно розвинених країн. Символічний удар по м'ячу повинен продемонструвати, що величезні витрати країни на науку окупилися і почали приносити фактичний результат.

На думку бразильського нейрохірурга Мігеля Ніколеліса з Університету Дьюка, його країна перебуває на порозі величезних відкриттів у біонічному протезуванні. «У нас зійшлися і політична воля, і приватні інвестиції – і тому незабаром ми зможемо робити кібернетичні протези масово», – каже учений Корреспонденту.

Звичайно, Бразилія поки що не стоїть на самому вістрі біонічного прогресу. Тут головну роль відіграють США і ЄС, які витратили за останні десять років на дослідження в галузі мозку і сумісності людини з машиною понад $ 20 млрд.

Так, Американське агентство передових дослідницьких проектів (DARPA), підконтрольне міністерству оборони, на початку березня презентувало протез руки, яким людина може не тільки керувати за допомогою думок, а й відчувати дотик. На долоні розміщено кілька сотень сенсорів, що передають прямо в мозок інформацію про температуру, щільність і навіть текстуру об'єкта.

Як повідомили Корреспонденту розробники цього протеза, поки що він не надійшов у серійне виробництво, але коли відбудуться випробування на добровольцях, протез можна буде купити приблизно за $ 100 тис. Це має статися до 2016 року.

Експерти стверджують , що за кілька років кіборгізація пройшла шлях від фантастики до цілком реальних проектів, які почали реалізовувати приватні компанії. У підсумку вже дуже скоро люди, які втратили кінцівки, зможуть замінити їх на цілком функціональні кіберпротези.

Запит війни

«Ідею протезів, під’єднанихдо мозку, ми розробляли досить давно. Але тільки теракти 11 вересня і війни в Афганістані та Іраку зробили її такою актуальною», – зазначає провідний дослідник DARPA Майкл Маклахлін.

За його словами, внаслідок військових операцій на Близькому Сході у США додому повернулися більше 5 тис. поранених, причому 1.500 з них втратили кінцівки в бою. Відповідно до звіту дослідницької служби Пентагону, високий відсоток ампутантів пов'язаний з тим, що це були багато в чому партизанські кампанії і особливо багато солдатів підривалися на протипіхотних мінах.

США вперше з часів війни у В'єтнамі зіткнулися з такою кількістю військових-інвалідів, і тому ідея кіберпротезування стала спробою полегшити їм життя.

Втім, запустила програму ще адміністрація Джорджа Буша-молодшого. Тоді система уявлялася доволі простою – забезпечити підключення протеза за допомогою мікропроцесорів прямо до мозку або до мережі нервових закінчень. На це в Білому домі не шкодували коштів, вклавши в проект понад $ 300 млн.

Однак з початком економічних проблем у США обсяг фінансування значно скоротився. Маклахлін каже, що у 2009 році протези з високим ступенем мобільності вже були готові до випробувань, але потім кошти урізали, і проект закрився.

«Тим більше, нам не вистачало детальної карти людського мозку, щоб дізнатися, куди саме підключати електроди», – додає експерт. У 2010-му в DARPA заявили, що поки згортають програми біонічного протезування для інвалідів Афганістану та Іраку.

Здавалося, довга боротьба США з кризою поховає цей проект, як і багато інших перспективних розробок. Але через кілька років приватний бізнес прийшов у цю сферу і став посилено розвивати дослідження.

З 2012-го приватні компанії інвестували в протезування $ 1,4 млрд. Бачачи таку ініціативу, президент США Барак Обама заявив про відродження ідеї повномасштабного картування мозку – створення розгорнутої схеми всіх нейронів і з'єднань.

У квітні минулого року в Білому домі відбулася презентація нової програми BRAIN Initiative з бюджетом у $ 300 млн на рік на наступні десять років. Водночас з'явилося кілька десятків компаній, які спеціалізуються на виробництві таких протезів. У підсумку до 2014 року розвинені країни були готові до прориву в біоніці.

Карти й імпульси

За останньою інформацією Асоціації нейробіологів США, людський мозок містить приблизно 80 млрд нейронів, з'єднаних один з одним. У зв'язку з цим створити хоча б приблизну карту мозку неймовірно складно. Проте вже більше десяти років учені у США і Європі намагаються зробити це.

«Це потрібно, щоб дізнатися, які ділянки мозку відповідають за певні процеси в організмі. Де зберігається наша пам'ять або душа», – пояснює Адам Гезлі з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско.

Зараз найбільш привабливим для картування є метод, коли за допомогою особливо точного МРТ визначається пересування молекул води в клітинах мозку, для того щоб побачити в ньому найменші зв'язки.

Якщо метод виявиться успішним, то незабаром вчені отримають точне уявлення про мікроструктури мозку. Гезлі вважає, що для цього буде потрібно не менше двох-трьох років. Хоча у 2011 році багато експертів заявляло, що сама ідея картування мозку – утопія. Тепер про це говорять спокійно і чекають перших випробувань нових карт.

Для кіберпротезів картування мозку є важливим, оскільки дозволяє визначити, які імпульси повинна отримувати людина, щоб рухати рукою або ногою. Зараз, за твердженням Отто Бока, чия компанія Bionic Industries займається виготовленням таких протезів, є один спосіб приєднання штучних рук людям.

Він полягає у вживлянні надчутливих електродів з комп'ютерним управлінням в певну ділянку мозку людини. У разі заміни кінцівок ці частини імплантують в центральну звивину мозку, яка відповідає за моторику організму. Якщо людина хоче поворухнути рукою, то імпульс від нейронів передається на мікрокомп'ютер, що міститься в протезі.

Система має і зворотний зв'язок – в сучасних протезах сенсори можуть передавати імпульсне збудження в мозок, тим самим даючи людині можливість відчувати неживу руку. Також частина датчиків закріплена в мускулах плеча і грудей, що дає можливість рухати ними одночасно.

«Звичайно, це поки що не нова рука. Вона повільна і не така спритна, оскільки в ній в сотні разів менше рецепторів», – каже Корреспонденту Ендрю Шварц з Піттсбурзького університету.

На його думку, існує також проблема, що зворотний зв'язок приносить людині неприємні відчуття, оскільки електронні імпульси від датчиків не дуже схожі на передавані по живих нервах сигнали. Але вчений вважає, що після певного калібрування ситуація може змінитися , причому це – справа лічених місяців.

Наступним кроком після «руки, що відчуває» може стати штучне око, яке передаватиме зображення прямо в мозок. Як вважає Деніел Моран, глава Moran Lab у Вашингтонському університеті, поки що це здається малоймовірним, але ситуація в картуванні мозку і системі передавання імпульсів стрімко змінюється.

«Кібероко поки що перебуває на стадії розробки, але якщо все вдасться, то його тестування розпочнеться у 2016 році», – каже експерт. Він зазначає, що зараз одне таке око може коштувати $ 1-2 млн, але ціна впаде, оскільки технології удосконалюються.

Що стосується кіберпротезів, то в ЄС вже зараз кілька компаній почали виробляти штучні руки і ноги, які можуть бути підключені до мозку й управлятися думками.

Моран називає загальну вартість операції з імплантації датчиків і калібрування протеза: до $ 150 тис. Надалі ця ціна буде знижуватися, і незабаром кібернетичні руки перестануть бути дивиною.

***

Цей матеріал опубліковано в №12 журналу Корреспондент від 28 березня 2014 року. Передрук публікацій журналу Корреспондент в повному обсязі заборонено. З правилами використання матеріалів журналу Корреспондент, опублікованих на сайті Корреспондент.net, можна ознайомитися тут.