27. Киберпанк сегодня?
Как имплантаты кодируют звук и изображение, чтобы передавать сигналы прямо в мозг
Лена вышла из рентеген-кабинета и огляделась по сторонам. Санитара, который сопровождал ее на обследование, больше не было в коридоре. Видимо, он не дождался, когда она закончит общаться с рентгенологом.
Лена достала телефон и проверила мессенджеры. Ваня обещал забрать ее на машине через несколько часов, что было очень кстати, учитывая ее испачканную одежду. Лена написала Кате:
«Я освободилась. Могу я подождать где-то в больнице, пока за мной не приедет друг?»
«Да, конечно, если что, я тебя даже на ночь где-нибудь смогу устроить. Возвращайся в приемное!»
Лена вернулась в приемное отделение, и Катя проводила ее в ординаторскую: просторную комнату с несколькими кожаными диванами, кофейным столиком, шкафчиками с чашками и кофеваркой. На одном из диванов сидел молодой человек в очках и зеленом хирургическом костюме. В руках у него были термокружка и какой-то учебник.
– О, Катерин Васильна, я у вас кофе намутил, вы не против? Завтра зачет по ЛОРикам сдавать, всю ночь спать не буду!
– Тебе всегда пожалуйста, Илюш. – Катя повернулась к Лене: – Это Илья, наш медбрат. Он учится в медицинском, собирается стать нейрохирургом. Илюш, это моя подруга Лена. Поразвлекай ее, пока я со скорыми разбираюсь.
– Без проблем, Катерин Васильна! – улыбнулся Илья.
– Так ты на нейрохирурга хочешь пойти? – спросила у него Лена, когда за Катей хлопнула дверь. – Я вот тоже мозгом увлекаюсь. Скажи, а правда или миф, что нейрохирурги режут мозг без наркоза, потому что там нет болевых рецепторов?
– Ага, – кивнул Илья.
– Но как же они кожу и череп разрезают? Пациенты же все чувствуют! – удивилась Лена.
– Нейрохирурги разрезают кожу и другие ткани под местной анестезией. Просто вкалывают заморозку, как стоматологи. А в мозгу реально ковыряются без каких-либо обезболивающих.
– Бр-р, – Лена поежилась, – зачем вообще эта экономия на наркозе?
– Это не экономия, – снова рассмеялся Илья. – Нейрохирургам очень важно, чтобы пациент во время операции на мозге находился в сознании. Ведь он в любой момент может сказать: «Стоп, док! Кажется, вы резанули лишнего! Что-то у меня рука стала неметь…»
– Хм, действительно! Я никогда об этом не задумывалась. Катя знала, с кем меня оставить. Люблю всякие интересные медицинские факты.
– Ооооо, это точно! – согласился Илья. – У меня их целая коллекция. Например, вы знали, что нейрохирурги своих пациентов оперируют сидя? В смысле не нейрохирурги сидят, а их пациенты. Это снижает давление в сосудах головы и уменьшает риск кровотечений.
Илья замолчал, посмотрев на реакцию Лены. Лена ободряюще закивала головой, и он вдохновенно продолжил:
– А еще необязательно выбривать налысо голову перед нейрохирургической операцией. Статистика показала, что это не влияет на риск инфекции. Можно сохранить пациенту шевелюру! Достаточно выбрить тонкую полоску кожи в области разреза.
– Звучит очень воодушевляюще. Я всегда хотела себе какой-нибудь внутримозговой имплант, чтобы улучшить память или силу воли. Но меня отпугивала необходимость брить волосы. Как думаешь, как скоро возможны будут такие импланты?
– Не знаю, с одной стороны, ученые давно знают, что в человеческом мозге за любые функции отвечают определенные зоны. Еще в 1865 году Брок открыл зону, отвечающую за речь. Сегодня благодаря функциональной МРТ мы знаем даже расположение центров силы воли, например.
Но подправить свой мозг при помощи нейрохирургии не так уж просто. Для начала хотя бы потому, что все имплантаты в головной мозг довольно быстро начинают отторгаться тканью мозга, из-за чего их постоянно приходится перенастраивать.
– Ого, так, значит, внутримозговые импланты уже существуют?
– Давно уже! Еще в 1950-х электроды вживляли в мозг крысам – прямехонько в центр удовольствия. Крысы нажимали на рычаг, кайфуя от электрических пульсов, пока не умирали от истощения.
– Да, слышала про этот известный эксперимент Олдса и Милнера. Но неужели на людях это делают, вживляют им в череп электроды?
– Да, и таких людей больше, чем вы могли бы предположить. Например, около 500 тысяч человек в мире, по сути, являются киборгами, нося кохлеарные имплантаты. Ведь они вживлены в нервную систему.
– Хм, я думала, что кохлеарные имплантаты – что-то типа усилителей звука, микрофонов, которые вставлены в уши…
– По такому принципу работают обычные слуховые аппараты, которые носят многие люди со снижением слуха.
Но кохлеарные имплантаты имеют совсем другой механизм работы. Их используют люди, которые не могут слышать звуки вообще, потому что у них разрушены структуры среднего или внутреннего уха, воспринимающие звук. Это бывает врожденной патологией, а также от некоторых инфекций, токсического действия определенных лекарств или воздействия громкого шума.
– Получается, бабуля не врала мне, когда говорила, что от громкой музыки в наушниках можно оглохнуть? – пошутила Лена.
– Да, прослушивание музыки в наушниках действительно разрушает слух, – на полном серьезе ответил Илья.
– Ну ничего, поставлю себе имплантат тогда!
– Все не так просто! Во-первых, это все-таки серьезная нейрохирургическая операция. Во-вторых, придется всегда носить на себе довольно громоздкий аппарат и зарядное устройство к нему. В-третьих, качество слуха будет совсем не такое, как у здорового человека. Например, многие люди с кохлеарными имплантатами больше не могут получать удовольствие от прослушивания музыки, потому что имплантат не может передать всю глубину и красоту звуков.
– Как грустно! Но лучше так, чем ничего! Хотя, может, можно как-то дополнительно усилить звук, чтобы человек смог все же музыкой насладиться?
– В том-то и дело, что кохлеарный имплантат не усиливает звук, как слуховой аппарат. Он его воспринимает, кодирует в электрические импульсы и направляет прямо в мозг. То есть люди с кохлеарными имплантатами не слышат звуки, они их чувствуют мозгом.
Лена на секунду задумалась, пытаясь осмыслить услышанное:
– Нет, я не могу представить это!
– Да, это реально тяжело осознать. А еще тяжелее научиться заново воспринимать звуковые сигналы в таком виде. У людей уходят месяцы и даже годы, чтобы научиться воспринимать звуки окружающего мира в таком виде. Некоторые так и не справляются с этой задачей.
– А каково это вообще – слышать мозгом?
– Довольно странно. После подключения речевого процессора кохлеарного импланта человек слышит даже тихие звуки и речь, но не узнает их. Он не понимает, что ему говорят, потому, что кохлеарный имплант преобразует звуки по-другому, а не так, как это происходит у человека с нормальным слухом. Люди проходят специальную реабилитацию, занимаются с сурдопедагогом, соотнося новые ощущения в мозгу с жестовым языком и движением рук. А еще учатся узнавать звуки в процессе обычной жизни. Например, упала ложка – мозг получил сигнал. Ага, значит, этот сигнал – звон упавшей ложки.
Со временем люди с кохлеарным имплантом учатся понимать речь только на слух, без помощи зрения, и даже свободно общаются по телефону.
– Так, значит, при должной тренировке музыку с кохлеарным имплантатом я смогу понимать, если оглохну? – обрадовалась Лена.
– Наверное, хотя, как я говорил, с восприятием музыки у пациентов с кохлеарными имплантами возникают самые большие проблемы. Качество восприятия музыки очень отличается от того, как человек ее слышал до потери слуха. Ритмичную музыку пациент с кохлеарным имплантом узнает хорошо. Но инструментальная звучит неприятно, с каким-то металлическим оттенком. Хотя с последними моделями кохлеарных имплантов пациенты хорошо воспринимают музыку и даже играют на музыкальных инструментах.
– Звучит, конечно, очень круто! Интересно, когда уже искусственный глаз изобретут?
– Так уже изобрели! – обрадовал ее Илья. – Еще в 2011 году представили бионический глаз Argus II, который помогает увидеть мир слепым людям. Он поможет, если у человека поражены чувствительные клетки сетчатки, которые улавливают солнечный свет и преображают его в электрический сигнал. Но проводящие сигнал нервные клетки должны остаться живыми. Тогда их можно стимулировать, присылая сигналы от камеры, которая заменит сетчатку.
Человеку вживляются электроды, которые стимулируют нервные волокна, передавая электрические сигналы от камеры в головной мозг. Человек видит вспышки света, которые складываются в изображения.
У Argus II невысокая разрешающая способность. С ним человеку вживляют всего 60 электродов, значит, разрешение картинки всего 6 на 10 пикселей. Но все же такое низкое разрешение картинки позволяет человеку различать смену света и тени, видеть силуэты. Благодаря этому слепой человек сможет, например, увидеть приближающуюся к нему на улице фигуру и избежать столкновения с другим человеком. Или увидеть светящийся дверной проем и уверенно войти в него без помощи трости, не ударившись о косяк.
Есть и более совершенные зрительные системы, например IRIS, у которой 150 электродов, или даже Alpha AMS, у которой 1600 электродов. К тому же Alpha AMS даже не имеет камеры – она реагирует непосредственно на свет, потому что в каждый электрод встроен свой фотоэлемент. Принцип работы практически такой же, как у сетчатки. И такое высокое разрешение помогает людям даже читать крупный текст.
– После всего этого меня уже не удивляет, что человек с внутримозговыми имплантантами может управлять роботизированной рукой или собственной парализованной конечностью, – добавила Лена.
– А что скажешь насчет того, что ученые научились считывать сигналы мозга, отвечающие за речь, и преобразовывать их звуки?
– В смысле? Человек думает, а прибор озвучивает его внутреннюю речь?
– Именно! В перспективе это поможет людям с поражением речевого аппарата снова начать общаться. И это будет более быстрый способ, чем ручной набор текста, которым пользуются люди с расстройством такого типа сейчас. Помнишь же необычный механический «голос» Стивена Хокинга?
– Да, целая культурная веха! Надеюсь, в будущем люди с таким заболеванием смогут свободно говорить и двигаться, например, с помощью какого-нибудь робокостюма.
– Ты не поверишь, но такие способы лечения уже есть! Например, японский экзоскелет Hybrid Assistive Limb, который помогает передвигаться людям с мышечной слабостью. Человек сам управляет этим костюмом за счет нервных импульсов. К нему крепятся специальные датчики, которые улавливают биоэлектрические потенциалы, по типу электромиографии. Даже минимальные сигналы помогают костюму понять, какое движение хочет совершить пациент. И специальные моторы воспроизводят желаемое движение, компенсируя недостающую мышечную силу.
Это очень полезно для пациента. Во-первых, он может самостоятельно передвигаться. Во-вторых, за счет сигналов от мышц в мозгу могут начать формироваться новые нервные пути…
– Биологическая обратная связь, знаю, знаю! – радостно перебила его Лена. – Прогресс очень впечатляет!
– Это еще что! – продолжил Илья. – Реальной победой науки будет, когда ученые вообще остановят прогрессирование БАС.
– Разве это возможно? Боковой амиотрофический склероз – ведь наследственное заболевание.
– Так ученые генетику и изменят! Уже есть успешные эксперименты на специальной линии генно-модифицированных мышей, у которых есть ген, вызывающий БАС у людей. У мышей, как и у людей с БАС, развивалась мышечная слабость, они теряли контроль над телом, а затем умирали, потому что из-за слабости мышц диафрагмы уже не могли дышать.
Ученые взяли и переучили вирусы, чтобы они нападали только на двигательные нейроны спинного мозга, которые разрушаются при БАС. При этом вирусы доставляли к двигательным нейронам белки и правильные гены. Белки разрезали нужные участки генома, а затем организм мышей сам пытался зашить разрезы, вставляя на место вырезанных дефектных генов правильные участки генома, доставленные вирусами.
Эксперимент показал, что мыши стали жить дольше, а вскрытие после их смерти продемонстрировало, что прошитые двигательные нейроны не погибли.
– Охереть! До чего дошел прогресс! Ученые уже как гребаные боги! Переучивают вирусы, меняют геном! – Лена была в приятном шоке.
– Да, но это все в будущем. Но сегодняшние успехи уже впечатляют. Например, сейчас появилось перспективное направление нейрохирургии – глубокая стимуляция мозга. Во время нее в мозг человека вживляются электроды, при помощи которых можно влиять на активность определенных зон. Буквально пультом, как телевизором. Например, у человека невероятно трясутся руки из-за болезни Паркинсона. Он не может самостоятельно есть, писать и делать многие другие бытовые вещи. Врач нажимает кнопку – и дрожь прекращается.
Вот другой пример: женщина плачет от глубокой депрессии. Доктор поворачивает рычаг – пациентка вытирает слезы и улыбается. Врач поворачивает рычаг в другую сторону – женщина снова начинает плакать и умолять доктора вернуть обратно.
Да что там! Ученые даже учатся стимулировать память при помощи внутримозговых имплантов. Например, Теодор Бергер в начале 2000-х создал один из первых протезов гиппокампа для крыс. Гиппокамп отвечает за переход кратковременной памяти в долговременную. При болезни Альцгеймера уменьшается эта часть мозга и нарушается кратковременная память.
В 2010 году Бергер провел эксперименты на крысах с имплантированными в гиппокамп электродами. Стимуляция гиппокампа показала, что у крыс стала лучше кратковременная память.
А Илон Маск, который шарит в технологиях, вообще создал компанию Neuralink, специализирующуюся на имплантируемых нейрокомпьютерных интерфейсах. Разрабатываемые этой компанией электроды будут одними из самых эффективных: тонкие и не вызывающие отторжения, а значит, их можно будет вживить огромное количество.
– Да, это совсем не то, что я знала о психохирургии! – ответила Лена – Мои знания застряли где-то в 30-х годах, когда психиатр и нейрохирург Антониу Эгаш Мониш изобрел оригинальный способ лечения психических расстройств – лоботомию. Надо просто разрезать пациенту лобные доли. Правда, он станет немного овощем, зато спокойным. Представляешь, за это Монишу вручили Нобелевскую премию!
К тому же со временем методика была «усовершенствована» Уолтером Фрименом. Он без анестезии вбивал человеку в орбиту топорик для льда, чтобы достать до лобных долей. Со временем процедура была так поставлена на поток, что Фримен изобрел свой лоботомобиль, чтобы кататься по окрестностям и проводить «безобидное вмешательство».
До 1950-х годов в одной только Америке этой процедуре подвергалось 5 тысяч человек ежегодно! Жертвами лоботомии становились не только пациенты с грубыми психическими расстройствами. Вмешательству подвергались просто не соответствующие стандартам того времени люди. Например, лоботомию перенесла сестра Джона Кеннеди, превратившись из живой, пусть и не слишком соответствующей патриархальным стандартам той поры девушки в инвалида.
Да, у части пациентов действительно уменьшалась агрессивность. Но у многих после этого вмешательства начинались эпилептические припадки, параличи, недержание мочи, нарушения речи и умственные расстройства.
К счастью, в 1950-х изобрели первый нейролептик. Нужда в лоботомии отпала, к тому же ее разрушающий эффект стал очевиден.
– Вы удивитесь, но психохиругия все еще существует, – вздохнул Илья. – Она остается таким же деструктивным методом. Когда, например, для лечения ОКР делают надрезы в поясной извилине головного мозга.
