Видеть мозгом: технология кортикальной имплантации позволит слепым вновь увидеть мир
Сегодня наука позволяет незрячим людям с некоторыми заболеваниями глаз частично вернуть утраченное зрение. Это делается с помощью современных электронных имплантов, которые вживляются прямо на сетчатку глаза. В медицинской среде их называют ретинальными протезными системами, а выполняемые ими функции – бионическим зрением. На сегодняшний день незрячим людям во всем мире установлено более 350 бионических имплантов.
Находящийся в глазу имплант с помощью беспроводной связи получает данные с внешней видеокамеры, установленной, как правило, на очках пациента. На основе этих данных на нейроны сетчатки подаётся электрический сигнал, который и создаёт «картинку» для зрительной системы. Так полностью слепой человек получает искусственное зрение, сравнимое по качеству со зрением слабовидящего. Например, может распознавать окружающие предметы, пейзаж, лица друзей и близких.
«Человек с бионическим зрением видит много маленьких вспышек, из которых формируются контуры окружающих объектов. В науке эти зрительные вспышки называются фосфенами. Картинка получается двухмерная, но человек ощущает объём и глубину пространства не только с помощью двух глаз. Мозг может автоматически просчитывать расстояние от одного объекта до другого, основываясь, например, на взаиморасположении объектов при движении. Поэтому, когда пациент хорошо осваивает бионическое зрение, он начинает воспринимать и глубину пространство в том числе», – рассказывает Андрей Демчинский, офтальмолог и руководитель медицинских проектов Лаборатории «Сенсор-Тех».
Бионический зрительный протез состоит из нескольких компонентов. Видеокамера обеспечивает получение изображения, которое затем преобразуется процессором в электрические сигналы. На втором этапе информация в виде нескольких пикселей с помощью антенны передается на имплантированное устройство. Имплантированный блок декодирует сигналы в электрические импульсы и подает их на вживленные электроды.
Андрей Демчинский ранее курировал проект по установке слепоглухим людям ретинальных протезных систем «Argus II». В 2017 году при поддержке ряда благотворительных фондов операции были сделаны Григорию Ульянову и Антонине Захарченко из Челябинска. В результате оба слепоглухих человека, будучи много лет тотально незрячими, вновь стали видеть благодаря кибернетической сетчатке.
Полученное ими искусственное зрение можно условно назвать чёрно-белым. «Условно», потому что сам электрический сигнал на электродах отличается только интенсивностью и это не может вызывать контролируемый цвет, но при этом сами вспышки могут быть цветными. Это связано с тем, что иногда все еще остаются элементы фоторецепторов, которые у зрячего человека отвечают за цвет, и электрический сигнал доходит до них. Эти фоторецепторы работают как пиксели на дисплеях — по так называемой системе RGB, то есть формируют оттенок цвета с помощью трех основных цветов. Поэтому каждая вспышка выглядит выглядит для человека скорее радужной, а не белой. Но эти цвета не передают реальные краски мира, только его контуры, и для человека с бионическим зрением картинка воспринимается условно в чёрно-белом виде. Если человек смог идентифицировать конкретный объект, то его мозг самостоятельно раскрашивает его и, например, крона дерева становится зеленой, а небо голубым.
Ретинальные импланты устанавливаются именно на сетчатку глаза и потому имеют множество ограничений. Они подходят лишь людям, потерявшим зрение из-за таких заболеваний, как пигментный ретинит, хориодермия и возрастная макулярная дегенерация.
Можно ли помочь остальным? Андрей Демчинский верит – можно.
«Человек видит не глазами, а мозгом. Глаза – это лишь инструмент, фиксирующий свет, как объектив фотоаппарата или видеокамеры. И если воздействовать напрямую на мозг, то можно научить человека видеть, минуя сетчатку и зрительные нервы. Над мозг-компьютерными интерфейсами уже много лет работают ведущие мировые учёные и сегодня мы вплотную подошли к тому, чтобы воспользоваться ими для создания искусственного зрения», – считает Андрей Демчинский.
Учёный имеет в виду разработку так называемых кортикальных зрительных имплантов, которые, по прогнозам экспертов, придут на замену ретинальным. Следующее поколение зрительных имплантов будет устанавливаться прямо в мозг. Это позволит восстанавливать зрение даже тем людям, которые вовсе потеряли глаза. Это научная фантастика, которая оживает у нас на глазах.
Качество бионического зрения значительно улучшится, повысится разрешение «картинки», а в перспективе она сможет стать по настоящему цветной. В этом случае речь идёт о миллионах людей с инвалидностью во всём мире, которым технологии уже сегодня в состоянии вновь подарить возможность видеть.
В настоящее время учёным хорошо известна область мозга, отвечающая за зрение. Точность функциональной магнитно-резонансной томографии (фМТР) и других методов, проводимых на современном оборудовании, позволяет с высокой точностью вычислять клетки мозга, отвечающие за передающиеся через сетчатку глаза изображения.
«Технология для этого уже достаточно изучена и активно применяется учёными. Мы прицельно заставляем сетчатку работать, запуская на разных её участках пучки света и одновременно фиксируем – какие зоны мозга активируются при работе того или иного отдела мозга. Такой опыт мы можем провести со зрячим человеком и на его основе стимулировать нужную зону мозга у незрячего. Да, особенности работы зрительной коры у всех людей индивидуальны, но сходства в них больше, чем различий и даже не точная клеточная стимуляция всё равно наделит человека зрением. Здесь на помощь приходит механизм нейропластичности, который со временем научит мозг распознавать новую картинку правильно, и человек начнёт видеть именно так, как и задумывалось разработчиками устройства», – делится Демчинский.
Чтобы ускорить адаптацию мозга к новым сигналам и помочь пациенту адаптироваться к бионическому зрению, вероятней всего, потребуется продолжительный курс реабилитации. Человека, много лет прожившего в абсолютной темноте, придётся заново учить видеть.
Но вновь овладев этим навыком, он навсегда перестанет быть незрячим. Ведь бионические импланты – одни из самых безопасных. Они изготавливаются исключительно из биосовместимых материалов, на которые в большинстве случаев не реагирует иммунная система и организм их не отторгает. В то же время современная нейрохирургия вышла на очень высокий уровень безопасности – операции на мозге в большинстве случаев проходят успешно.
Научный коллектив Лаборатории «Сенсор-Тех» уже много лет занимается бионическими зрительными протезами. И Андрей Демчинский уверен, что у нашей страны есть все шансы создать свой рабочий кортикальный имплант.
Несмотря на то, что российский рынок намного меньше мирового, создание таких инноваций и реализация дорогостоящих технологий, в наше стране обойдётся значительно дешевле, чем на западе. В России существуют научные группы, имеющие необходимые компетенции, и подобный проект имеет шансы на коммерческих успех.
«Кортикальный имплант в перспективе способен изменить судьбы десятков миллионов людей во всём мире. И, главное, что сами люди готовы к таким изменениям. К нам обращается множество незрячих, которые готовы на всё ради возможности вновь что-то видеть. Они говорят прямым текстом – "работайте, экспериментируйте сколько нужно, делайте что угодно, только верните мне зрение". Больше всего люди, потерявшие зрение, боятся стать обузой для близких и очень тяжело переживают потерю самостоятельности. Многие из них воспринимают потерю зрения, как потерю жизни», – говорит Андрей Демчинский.
Двадцать пять лет назад, в 1991 году в России провели две первых операции по кохлеарной имплантации – вживлению бионического слухового протеза, который воздействует непосредственно на слуховой нерв и позволяет компенсировать потерю слуха при выраженной или тяжёлой степени нейросенсорной (сенсоневральной) тугоухости.
На сегодняшний день это уже устоявшаяся практика восстановления слуха. Ежегодно около 1000 кохлеарных имплантов устанавливаются россиянам за счёт федерального бюджета.
«Если начать работать над кортикальными зрительными имплантами сегодня, то со временем технология бионического зрения будет точно также оптимизироваться, дешеветь и уже в среднесрочной перспективе станет доступной для массового внедрения. А целевая аудитория у такого продукта – все незрячие люди, со сформировавшейся зрительной корой: потерявшие зрение вследствие любых болезней или травм. Даже те, у кого отсутствуют глаза, вновь смогут видеть», – уверен Андрей Демчинский.
Материал подготовлен совместно с Реабилитационной индустрией России