В 2014 году профессор инженерии Чад Бутон получил важный урок о значении осязания. Бутон, инженер из Институтов медицинских исследований Файнштейна в Нортуэлле, разработал интерфейс «мозг-компьютер», который позволял парализованному человеку управлять одной рукой.

«Он пытался 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 Файнштейне тестирует систему, которая может восстановить как движение, так и ощущения в парализованной руке. Она также дает преимущества, которые сохраняются даже тогда, когда пользователь больше не подключен к системе.

Первым человеком, опробовавшим новую систему, стал Кит Томас, который был парализован и лишен ощущений ниже груди после несчастного случая при нырянии в 2020 году.

«Меня подключили к машине, и я почувствовал свой указательный палец, — говорит Томас. — Это было что-то невероятное!»

Двойной нейронный обход

В 2023 году команда Файнштейна имплантировала два набора компьютерных чипов в мозг Томаса. Один набор обнаруживает сигналы, поступающие из областей, которые контролируют движение. Другой передает сигналы в области, которые обрабатывают прикосновения и давление.

Эти чипы подключены к двум разъемам на голове Томаса, которые позволяют 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.

Эта технология является частью того, что Бутон называет «двойным нейронным обходом». Первая ветвь обходит поврежденную область спинного мозга Томаса.

«Мы буквально перенаправляем сигналы от мозга к пораженным мышцам», — говорит Бутон. Эта ветвь 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 повторно подключает мозг к спинному мозгу, — говорит Бутон. — Когда кто-то думает о том, чтобы снова двигаться, мы стимулируем спинной мозг на основе его мыслей».

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

Командная работа

Чтобы оживить правую руку Томаса на несколько часов, требуется около полудюжины человек и целая комната оборудования.

«Первое, что мы делаем, это приветствуем его с улыбкой, — говорит руководитель проекта Эрона Иброчи. — 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. Затем они подключают кабели, которые идут к усилителям, процессорам сигналов и, в конечном итоге, к компьютеру.

Система включает в себя искусственный интеллект, который научился распознавать мозговые волны, которые Томас производит, когда думает о движении своей парализованной рукой. Она также включает в себя датчики, которые располагаются на его ладони, большом и указательном пальцах, чтобы обеспечить чувство осязания.

Как только Томас подключен, начинается настоящая работа.

Во время каждого сеанса «мы проводим тестирование мобильности, мы проводим тестирование силы», — 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 своей рукой, но он пытается это сделать, — говорит Чандрасекаран. — Декодер определяет, о чем он думает, а затем управляет другой рукой на экране».

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

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 заставить его почувствовать сенсорное восприятие в нужном месте на руке».

Долговременные преимущества

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

Еще одним важным событием стало то, когда команда поставила перед ним чашку с водой.

«Он поднял эту чашку ко рту в первый раз, выпил и поставил ее обратно 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 такой: «Хмм, это теннисный мяч» или что-то более тяжелое или что-то более легкое», — говорит он.

Сначала улучшения присутствовали 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 теперь он может поднимать руку без посторонней помощи.

Его возросшая сила и подвижность позволяют ему делать такие вещи, как гладить свою собаку. И когда он это делает, он говорит: «Я чувствую немного шерсти».