Осязание можно вернуть. Ученые впервые показали, что мозг сохраняет искусственное чувство прикосновения годами

Новое исследование показывает, что электрическая стимуляция мозга может безопасно возвращать ощущение прикосновения даже спустя многие годы после имплантации.

Почему движение без чувства — это только половина решения

Когда говорят о нейроинтерфейсах, чаще всего представляют человека, который силой мысли управляет компьютером или роботизированной рукой.

Но в реальной жизни движение невозможно отделить от чувствительности. Каждый раз, когда мы берем чашку, застегиваем пуговицу или поднимаем яйцо, мозг постоянно получает информацию от кожи и пальцев. Именно благодаря этому мы понимаем, насколько сильно нужно сжать предмет и не уронить его.

Если чувствительность отсутствует, человеку приходится постоянно контролировать движения глазами. Это значительно увеличивает нагрузку на мозг и делает даже простые действия медленными и утомительными.

Именно поэтому исследователи уже много лет пытаются вернуть пациентам не только движение, но и чувство прикосновения.

Как мозг можно «обмануть» и заставить почувствовать прикосновение

В основе исследования лежит технология, известная как интерфейс «мозг — компьютер» (Brain-Computer Interface, BCI).

Обычно такие системы считывают электрическую активность мозга и переводят ее в команды для компьютера или роботизированной конечности.

Но этот процесс может работать и в обратную сторону.

Ученые имплантировали крошечные электроды в соматосенсорную кору — участок мозга, который в норме получает информацию от кожи, мышц и суставов.

Когда через эти электроды подаются очень слабые электрические импульсы, мозг воспринимает их так, словно прикосновение действительно произошло.

Проще говоря, кожа ничего не чувствует. Но мозг получает настолько похожий сигнал, что возникает ощущение настоящего контакта.

Именно здесь происходит ключевой момент: исследователи не стимулируют нервы в руке. Они напрямую обращаются к той части мозга, которая обычно обрабатывает прикосновения.

Самое важное открытие оказалось не там, где его ожидали

Главный вопрос состоял вовсе не в том, можно ли вызвать ощущение прикосновения.

Это уже демонстрировали предыдущие исследования.

Настоящая проблема заключалась в другом: сохранится ли эффект спустя годы и не начнет ли мозг реагировать непредсказуемо?

Если ощущения будут постепенно исчезать, «перемещаться» в другие части тела или сопровождаться болью, технология окажется непригодной для повседневного использования.

Именно это исследование впервые позволило ответить на такие вопросы.

Пять добровольцев и почти три десятилетия наблюдений

Исследователи из University of Pittsburgh и University of Chicago наблюдали 5 добровольцев с тяжелыми травмами спинного мозга.

В совокупности импланты находились в их мозге около 27 лет.

За это время система передала примерно 168 миллионов электрических импульсов.

«Прикосновения» не потеряли свое место

Один из самых интересных результатов связан с тем, как мозг сохранял искусственные ощущения.

Если электроды стимулировали область, соответствующую кисти руки, люди продолжали ощущать прикосновения именно к кисти даже спустя годы.

Исследователи не обнаружили заметного «смещения карты тела», которого опасались.

Это говорит о том, что мозг способен очень долго сохранять стабильную связь между определенной зоной коры и возникающим ощущением.

Для будущих нейропротезов это крайне важно: пациент должен быть уверен, что ощущение прикосновения к пальцу завтра останется ощущением прикосновения именно к пальцу.

Вот что особенно удивило исследователей

Наиболее неожиданным оказался не сам факт появления ощущений.

Гораздо важнее оказалось то, насколько редко возникали нежелательные эффекты.

Так называемые «стойкие ощущения», когда чувство прикосновения сохранялось после прекращения стимуляции, возникали в среднем лишь один раз примерно на 23 тысячи сеансов стимуляции.

В большинства случаев они исчезали менее чем за 10 секунд.

Ни один участник не испытывал боли, и ни одному не потребовалось медицинское вмешательство.

Именно этот результат может стать одним из ключевых аргументов в пользу перехода подобных технологий из лабораторий в клиническую практику.

Но идеальной технология пока не стала

Исследование выявило и важное ограничение.

Со временем часть электродов постепенно переставала работать.

В среднем функциональными оставались около 64% электродов.

У одного из участников примерно 60% электродов сохраняли работоспособность даже через 10 лет после имплантации, однако скорость их деградации со временем увеличивалась.

Это означает, что сегодня главной инженерной задачей становится уже не безопасность стимуляции мозга, а создание более долговечных материалов и конструкций электродов.

Почему это исследование важно гораздо шире, чем кажется

На первый взгляд работа посвящена только людям с травмами спинного мозга.

Но значение исследования гораздо шире.

Оно показывает, что человеческий мозг способен годами безопасно принимать искусственную сенсорную информацию.

Тот же принцип уже изучается применительно к зрительной и слуховой коре мозга.

Если удастся обеспечить такую же долговременную стабильность, аналогичные технологии потенциально смогут использоваться для восстановления не только осязания, но и других утраченных чувств.

До широкого клинического применения еще предстоит решить множество задач: увеличить срок службы электродов, сделать ощущения более естественными и упростить настройку систем. Однако новое исследование впервые дает убедительные данные о том, что многолетняя работа подобных интерфейсов в человеческом мозге может быть не исключением, а реальной целью.