Управлять силой мысли

Бионическое протезирование

Благодаря чудесам техники и медицины люди с ограниченными возможностями получат шанс вести полноценную жизнь – смогут взаимодействовать с бионическими конечностями напрямую через электроды, вживленные в мозг. А встроенные в протезы датчики давления и температуры позволят не только командовать механической рукой, но и передавать разнообразные ощущения. «С помощью электростимуляции мы возбуждаем определенные участки нервной системы, учимся вызывать так называемый фантом ощущений. То есть когда человек, например, в отсутствующем пальце начинает ощущать, как дотронулся до чего-то теплого», – делится своими разработками гендиректор компании «Моторика» Илья Чех.

Сложность в том, что за каждое движение человека отвечает совсем крохотная часть головного мозга. Ученым пока не удается настроить датчики на считывание конкретных команд. Человек с бионическим протезом руки сможет управлять кистью, но до быстрого перебора пальцами по струнам гитары еще далеко, говорят эксперты.

Реакции нашего мозга отражаются на поверхности кожи головы в виде электрических импульсов. Аппаратура фиксирует их и расшифровывает. Это открывает новые возможности для тех, кто в силу болезни не может ни говорить, ни двигаться… Заместитель генерального директора Института электронных управляющих машин имени И.С.Брука концерна «Автоматика» Геннадий Знайко говорит: «Это важно для связи людей с ограниченными возможностями с внешним миром. То есть для коммуникации с домашними, с докторами через техносферу. Человек может обращаться и взаимодействовать с компьютером, а в рамках умного дома может выключать свет, открывать форточку, звать на помощь, раскрывать шторы и так далее».

На базовом уровне силой мысли можно генерировать 4-5 команд, управлять довольно простыми вещами. Как в случае с машинкой: двигаться вперед и назад, поворачивать влево или вправо, включать задний ход. Аналогичным образом можно управлять продвинутой инвалидной коляской или протезом.

Наш ответ Илону Маску

Следующий шаг в эру киборгов – вживление чипа в мозг. Компания Илона Маска уже презентовала прототип нейроинтерфейса будущего. Он состоит из гибких «нитей» в 10 раз тоньше человеческого волоса. В «пучке» из шести таких нитей содержатся 192 электрода. Они вживляются в мозг при помощи робота-хирурга. В апреле 2021‑го ученые показали, как макака играет в видеоигру благодаря такому чипу. Перспективы завораживают. Но что покажут испытания нейроинтерфейсов Маска на людях, пока большой вопрос.

Многие считают, что металлические нити, которые использует Маск для своих чипов, не самый безопасный материал для вживления в мозг. Альтернативой им может стать продукция из российского города Троицка. Здесь располагается единственный в стране завод гибкой электроники.

За счет того что наша электроника базируется на пластике и состоит из органических материалов, отторгаемость организма такой электроники гораздо ниже! Поэтому один из проектов, который, может быть, сейчас звучит достаточно футуристично и фантастично, – это вживление чипа в мозг. И если такой проект начнет развиваться, наша электроника – один из ключевых кандидатов на его реализацию.

Ученые из Курчатовского института проводят уникальные опыты, которые должны вывести взаимодействие «мозг – компьютер» на новый уровень. Фактически они хотят, чтобы нейроимпланты научились считывать мысли – то есть те самые слова и образы, которые появляются в нашем сознании во время внутреннего монолога. Был проведен эксперимент: испытуемые лежали в томографе, слушали тексты, которые были озвучены профессиональным диктором. И параллельно с тем, как они лежали в томографе, у них записывалась активность мозга. Данные этой томографии соотносились с данными текстов.

Испытание прошли 47 носителей русского языка. Им представили тексты трех типов: описания природы из произведений русских классиков, описания принципов работы технических устройств и рассказы о жизни от первого лица, включающие личные переживания автора. Задачей ученых было обнаружить так называемые семантические кластеры.

«Мы все говорим на русском языке и знаем, что слова попадают в очень разные категории. У нас есть какие-то слова, относящиеся к семье, например «дом», «жена», «дети», – все эти слова образуют какую-то семантическую категорию. Есть слова, отвечающие за путешествия: «дорога», «машина», «море» – они уже находятся в другой семантической области». С помощью МРТ-снимков и математических расчетов ученые определили участки, осмысляющие понятия в зависимости от их значения. В итоге специалисты выделили в мозге 12 семантических кластеров. В каждый из них вошли близкие по смыслу слова, а также слова с другими значениями, но воспринимаемые в ситуативном контексте как близкие. Теперь ученые смогут взаимодействовать с импульсами мозга на эти слова. Сделан первый шаг к созданию нейроинтерфейсов, которые могли бы читать наши мысли.

Напечатанные «детали» тела

За последние годы российские компании наладили производство эндопротезов. Их печатают на 3D-принтере из биосовместимого титанового порошка. Каждый пациент уникален, специалисты фактически создают копии утраченных костей. Живые клетки мышц буквально прорастают внутрь эндопротеза. Кстати, мышечную ткань наши ученые уже тоже научились печатать! В Национальном исследовательском университете «МИЭТ» в Зеленограде планируют применять новую технологию для лечения инфаркта миокарда.

«Мы занимаемся искусственными мышцами на микроуровне, разрабатываем совсем маленькие материалы, – рассказывает доцент Института биомедицинских систем «МИЭТ» Александр Герасименко. – Существует такое заболевание злободневное, которое уносит большое количество жизней, – это инфаркт миокарда. В этом случае часть миокарда просто отмирает из-за того, что кровеносные сосуды не подводят кислород. И мы разработали искусственный материал, который выполняет функции мышцы». На место омертвевшей ткани кладется заплатка из нового материала. А с помощью специальных электронных систем беспроводным способом к ней будет поступать сигнал, заставляющий ее «сокращаться».

По оценке ВОЗ, ежегодно около 11 миллионов пациентов в мире нуждаются в пересадке кожи после ожогов. Российские разработчики, резиденты Сколково, предложили современное решение проблемы – искусственную кожу на основе живых клеток. Материалом для ее печати служит так называемый гидрогель на основе коллагена. Это фибриллярный белок, главное составляющее соединительной ткани организма. В него ученые вставляют живые клетки или тканевые сфероиды. Делать это можно как в лаборатории, так и прямо на теле реципиента.

Александр Левин, инженер лаборатории 3D-био­печати: «С помощью роботической руки мы печатаем напрямую на теле пациента. То есть кожу мы печатаем ему сразу в рану непосредственно. Получается, что инкубатором этих клеток будет являться само тело пациента. В итоге на месте нанесения гидрогеля формируется новая ткань, которая быстро сращивается с тканью пациента. Исследование нового метода биологической 3D-печати ученые проводили на лабораторных крысах в течение трех недель. И он хорошо показал себя. На очереди печать кожи для человека».

Глеб БОГАЧЕВ