В 2014 году профессор инженерии Чад Бутон получил важный урок о значении осязания.

Бутон, инженер из Института медицинских исследований Фейнштейна (Feinstein Institutes for Medical Research) на Лонг-Айленде, разработал интерфейс «мозг-компьютер», позволивший парализованному мужчине управлять одной рукой.

«Он попытался что-то поднять и сказал: «Знаешь, Чад, я не чувствую этот предмет», — вспоминает Бутон. — В тот момент мы поняли: вот над чем нам нужно работать дальше».

Более десяти лет спустя команда Бутона в Фейнштейне, входящем в Northwell Health, тестирует систему, способную восстановить как движение, так и ощущения в парализованной руке. Более того, система обеспечивает устойчивые улучшения даже после отключения от оборудования.

Первым человеком, испытавшим новую систему, стал Кит Томас, парализованный ниже груди и потерявший чувствительность после несчастного случая при нырянии в 2020 году.

«Они подключили меня к аппарату, и я почувствовал свой указательный палец, — говорит Томас. — Это было просто «вау!»

Двойной нейронный обход

В 2023 году команда Фейнштейна имплантировала Томасу в мозг два набора компьютерных чипов. Один набор регистрирует сигналы из областей, контролирующих движение. Другой доставляет сигналы в области, обрабатывающие прикосновение и давление.

Эти чипы подключены к двум разъемам на голове Томаса, позволяющим его мозгу взаимодействовать с электроникой, необходимой для управления его правой рукой. Сейчас это происходит только в лаборатории Бутона, где Томас проводит несколько часов дважды в неделю.

Технология является частью того, что Бутон называет «двойным нейронным обходом». Первая ветвь обходит поврежденный участок спинного мозга Томаса.

«Мы буквально перенаправляем сигналы от мозга к пораженным мышцам, — объясняет Бутон. — Эта ветвь обхода также передает сигналы обратно в мозг от датчиков на ладони, большом и указательном пальцах Томаса».

Но это только половина истории.

«У нас есть вторая ветвь, которая восстанавливает связь между мозгом и спинным мозгом, — говорит Бутон. — Когда человек думает о движении, мы стимулируем спинной мозг на основе его мыслей».

Эта стимуляция спинного мозга, происходящая одновременно со стимуляцией соответствующих мышц, усиливает и укрепляет оставшиеся естественные связи между мозгом и пораженной конечностью.

Командная работа

Для оживления правой руки Томаса на несколько часов требуется около полудюжины человек и комната, полная оборудования.

«Первое, что мы делаем, — встречаем его с улыбкой, — говорит руководитель проекта Эрона Иброци. — Мы говорим: «Привет, как дела? Спасибо, что пришли».

Затем инженеры-электрики Аникет Джангам и Зеев Элиас прикручивают пару адаптеров NeuroPlex E к разъемам на голове Томаса. Далее они подключают кабели к усилителям, процессорам сигналов и, в конечном итоге, к компьютеру.

Система использует искусственный интеллект, обученный распознавать мозговые волны, которые Томас генерирует, когда думает о движении своей парализованной руки. Она также включает в себя датчики на ладони, большом и указательном пальцах, обеспечивающие чувство осязания.

После подключения Томаса начинается настоящая работа.

Во время каждого сеанса «мы проводим тесты на подвижность, тесты на силу», — говорит Дана Фрид, эрготерапевт.

Научный сотрудник Сантош Чандрасекаран указывает на монитор, показывающий две анимированные руки. Одна указывает движение, которое Томас должен выполнить. Другой управляется мозгом Томаса.

«Он не может двигать собственной рукой, но он пытается это сделать, — говорит Чандрасекаран. — Декодер выясняет, о чем он думает, и затем управляет другой рукой на экране».

Декодер также посылает сигналы мышцам, контролирующим настоящую руку Томаса, заставляя ее двигаться синхронно со своим аватаром на экране.

Томас гораздо лучше контролирует свою руку, когда получает обратную связь от датчиков на своей руке, говорит Чандрасекаран.

«Мы измеряем уровни силы на датчике, — говорит он. — А затем соответствующим образом стимулируем нужные электроды в мозге, чтобы он почувствовал сенсорное восприятие в нужном месте на руке».

Долгосрочные улучшения

«Двойной обход» позволил Томасу почувствовать руку своей сестры, когда она посетила лабораторию. «Ощущение было похоже на «прилив энергии», — говорит он.

Другой важной вехой стало то, когда команда поставила перед ним чашку с водой.

«Он поднял эту чашку, впервые, ко рту, выпил и поставил ее обратно самостоятельно, без какой-либо помощи», — говорит Бутон.

Со временем Томас также стал лучше интерпретировать сенсорную обратную связь от своей руки, даже когда он видит, к чему она прикасается.

«Я бы сказал: «Хм, это теннисный мяч» или что-то тяжелее или легче», — говорит он.

Сначала улучшения наблюдались только тогда, когда Томас был подключен к оборудованию в лаборатории Бутона. Но после более чем года терапии и стимуляции спинного мозга Томас может делать больше — и чувствовать больше — дома.

Во время разговора в Zoom Томас показывает, как он теперь может поднимать руку без посторонней помощи.

Увеличение силы и подвижности позволяет ему делать такие вещи, как гладить свою собаку. И когда он это делает, по его словам, «я немного чувствую шерсть».