Люди-киборги: от болезни до сверхчеловека

СодержаниеЭлектричество и мозг«Где у него кнопка?»Импланты для мозгаЭлектрическая стимуляция и болезни Будущее нейроимплантов 7 июля 1924 года родилась Наталья Петровна Бехтерева — ученая, нейрофизиолог, которая прославила советскую и российскую науку своими трудами в области изучения головного мозга. Н.П. Бехтерева впервые в Советском Союзе опробовала методику вживления электродов в головной мозг пациента с долгосрочными целями — для диагностики и лечения. Надо отметить, что попытки проникнуть в мозг живого существа и перехватить управление им предпринимались к тому моменту уже довольно давно. MedAboutMe выяснял, как наука пришла к идее электростимуляции мозга и для чего ее можно использовать. Электричество и мозг В XVIII веке итальянец Луиджи Гальвани открыл электрическую возбудимость мышц и нервов. Примерно тогда же человечество познало электричество. И немедленно соединило эти два достижения, попробовав возбуждать нервные клетки живого существа путем воздействия извне (то есть тыкания в него оголенным электрическим проводом). Через короткое время физиологи, нейрохирурги и неврологи добрались до головного мозга и стали экспериментировать с его стимуляцией на животных. От неинтеллектуальных лягушек ученые и врачи быстро перешли к более высокоорганизованным кошкам и обезьянам — на них ставились опыты как по поверхностной стимуляции головного мозга, так и по глубокому введению в ткани мозга электродов. Таким образом, например, был обнаружен центр удовольствия. Наконец, нейрохирург из Монреаля Уайлдер Пенфилд использовал электрическую стимуляцию коры головного мозга у своих бодрствующих пациентов для картирования ее участков и выявления моторных и сенсорных областей, отвечающих за движения и чувства, соответственно. Такое картирование также называлось созданием гомункулуса — это необычное определение вошло в терминологию неврологов после того, как У. Пенфилд и его коллеги представили научному сообществу схему искаженного человеческого тела, созданную на основе данных о расположении на коре головного мозга участков, занимающихся обработкой двигательных и сенсорных сигналов — в соответствующем масштабе. «Где у него кнопка?» Когда наука обзавелась суперчувствительными микроскопами, удалось выяснить, что при электростимуляции тканей головного мозга происходит активация нейронов, находящихся на расстоянии до 4 мм от электрода — даже при такой малой силе тока, как 10 мкА. Неважно, где находится тело нейрона — важно, дотягиваются ли до зоны действия тока его отростки, а эта зона составляет 15 мкм от наконечника электрода. По мере увеличения силы тока растет зона поражения, а значит, растет и число активированных нейронов. Важный момент: в обычной нервной клетке электрический импульс распространяется путем химической активации синапсов — мест соединения двух нейронов. Вещества-нейромедиаторы выбрасываются в синаптическую щель из одного нейрона и попадают в другой, где и запускают процессы передачи импульса путем деполяризации мембраны. А вот активация при помощи электрода сразу запускает процессы деполяризации — напрямую. Человечество уже более века шурудит электродами в мозгах различных живых существ. Иногда ему удается это делать довольно осознанно. Известен демонстрационный эксперимент с быком, которому были вживлены электроды в мозг. Экспериментатор дразнил животное, а когда тот кидался на него, нажимал кнопочку на пульте управления — и недоумевающий бык бежал назад. Ученым удавалось одним движением тумблера приводить в ярость кошек и успокаивать буйных пациентов, вызывать страх, оргазм и сводящие с ума зрительные иллюзии, и др. Сегодня можно свести все задокументированные эффекты электростимуляции, которых удалось добиться, в следующий список: Сенсорные эффекты Ощущение покачивания, движения, падения, удушья, тепла и жжения, различные парестезии (покалывание, мурашки, онемение в отдельных частях тела), дрожание зрительных образов, дизестезия (нарушение чувствительности), звуки, вспышки света, галлюцинации, микропсия (измерение размеров предметов), двоение в глазах. Двигательные эффекты Управление движениями глаз и всего живого объекта, блокировка речи, повторяющиеся движения, смех и слезы, повторение слов, жевательные движения. Управление автономной нервной системой Покраснение кожи, расширение зрачка, изменение артериального давления и дыхания, апноэ (остановка дыхания), тошнота, тахикардия (учащение сердецебиения), потливость. Эмоции Чувство беспокойства, веселья, страха, счастья, гнева, печали, ощущение нереальности происходящего, депрессивное состояние, гипомания (слабая форма мании). Когнитивные функции Акалькулия (нарушение способности к счету), парафазия (утрата смысла произносимых слов), аномальная афазия (нарушение способности называть объекты при правильной речи и понимании), вызывание воспоминаний, введение в транс или в состояние восторга, кондуктивная афазия (неспособность повторять слова), гемиагнозия (расстройство узнавания предметов), алексия (расстройство чтения), синдром дежавю, переживание воспоминаний, аграфия (расстройство способности писать), апраксия (неспособность выполнять целенаправленные движения) и др. Импланты для мозга Мозг — это не плотная ткань наподобие соединительной. Это, скорее, желеобразная структура из глии, пронизанной нейронами. При первых попытках ввести в это «желе» электроды оказалось, что их местоположение быстро перестает быть заданным — они просто «проваливались» в ткани мозга, попадали в другие его области — ни о каком картировании уже и речи быть не могло. Другой проблемой имплантации электродов в мозг стала их плохая приживаемость. В результате отторжения вокруг них образовывались рубцовые ткани, что приводило к ухудшению или полному пропаданию сигнала, а также представляло опасность для самого мозга. Упоминаемый выше Фил Кеннеди пробовал использовать импланты из стекла в виде конусов, через которые был пропущен провод из золота. В конус, кроме того, добавлялась ткань седалищного нерва и раствор, ускоряющий рост клеток — это заметно облегчало процесс вживления и закрепления электродов в определенном участке мозга. Сегодня ученые пытаются отказаться от идеи внедрять импланты внутрь мозга. В августе 2017 года ученые из Гарварда продемонстрировали новые импланты, предназначенные для размещения на поверхности мозга. Внутри таких устройств имеется множество микроспиралей толщиной с волос, которые вырабатывают мощное магнитное поле. Пока ученым удалось заставить мышей шевелить усами. В планах снабдить ими парализованных людей, которые смогут делать себе кофе и даже видеть при отсутствии зрения. Электрическая стимуляция и болезни Выделяют следующие методы электрической стимуляции мозга: Транскраниальная электростимуляция (ТЭС-терапия, TES). Транскраниальная магнитная стимуляция (TMS). Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS). Микрополяризация (tDC). Глубокая стимуляция мозга (DBS) — в отличие от транскраниальных методов, которые не подразумевает проникновение в ткани мозга, DBS как раз предполагает установку электродов путем хирургической процедуры. Электросудорожная терапия (ЭСТ), она же электрошоковая терапия. Функциональная магнитная стимуляция (FMS). Магнитная судорожная терапия (MST). Электростимуляция блуждающего нерва (VNS). Сегодня электрическая стимуляция мозга используется для лечения широкого спектра заболеваний в области неврологии: некоторые формы болезни Паркинсона, эпилепсии, рассеянного склероза, синдром Туретта, миоклонии, различные спастические синдромы (ДЦП, геми-, пара-, тетрапарезы), хронические невропатические и онкогенные боли. В ближайшем будущем врачи и ученые рассчитывают научиться лечить различные заболевания головного мозга, связанные с дегенерацией нейронов — болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и др. Например, уже есть определенные успехи на этом поприще: было доказано, что метод глубокой стимуляции мозга позволяет улучшить качество жизни пациентов с болезнью Паркинсона: количество времени, необходимого для контакта между различными участками мозга, снижается, то есть происходит улучшение коммуникации нейронов между собой и, как следствие, двигательные функции пациента восстанавливаются. Хронические боли — еще одно актуальное направление исследований. Своей очереди также ждут многочисленные психиатрические патологии, связанные с нарушением работы отдельных участков мозга. А в марте 2018 года польские ученые обнародовали результаты успешного лечения ожирения путем вживления электродов в мозг женщины, страдавшей от депрессии. Пока это, конечно, слишком дорогая и сложная методика для борьбы с лишним весом, однако полученные результаты могут быть применимы для лечения других зависимостей: наркотической, алкогольной и др. Имплантация электродов в мозг — возможность вернуть утраченные слух, зрение и другие чувства, дать возможность двигаться парализованных людям — или управлять современными протезами, способными заменить утраченные части тела. Будущее нейроимплантов В будущем нейроимпланты планируется использовать не только для лечения болезней. Например, еще одно обширное направление исследований — это улучшение человека, точнее, его когнитивных функций — памяти, способности ориентироваться в пространстве, способности к обучению и усвоению новых знаний. Ученые также обещают создать настолько тесную связь между мозгом человека и интерфейсом разнообразной аппаратуры, что в недалеком будущем можно будет мысленно управлять хоть холодильником, хоть автомобилем. Наконец, виртуальные миры — доступ туда тоже предполагается осуществлять за счет электродов, вживленных в мозг. И данное направление явно получит не только игровой функционал. Люди-киборги В 1998 году американский невролог Фил Кеннеди создал человека-киборга. Парализованный пациент Джонни Рэй с вживленными в мозг электродами смог передвигать курсор по экрану, печатать сообщения и отправлять их, дергая плечом вместо клика мышки. В 2014 году Кеннеди повторил опыт на себе. Ему удалось найти для проведения этой нелегальной в США операции доктора из Белиза. Вживление прошло успешно, но в процессе он чуть не потерял речь, а также неудачей окончилась попытка введения под кожу головы передатчика-транслятора. Несмотря на это, Кеннеди удалось доказать возможность ограниченного возвращения речи пациентам, потерявшим способность говорить из-за болезни (например, при боковом амиотрофическом склерозе, убившем Стивена Хокинга). Выводы Можно ли утверждать, что сейчас ученые могут вызвать любой из выше перечисленных эффектов по желанию и точно знают, куда и как надо «воткнуть» электроды для этого? Практика показывает, что в принципе — да, в нюансах — нет. «Голова — предмет темный», — утверждал доктор из фильма «Формула любви», и был в немалой степени прав. Таковым она пока и остается. Не следует забывать о возможности и обратной связи. Открывая свой мозг воздействию технологий, человек должен помнить о том, что у каждой медали есть две стороны. Новые горизонты предполагают новые уязвимости. Пока мы лечим болезни — рисками «взлома мозга» можно поступиться. Но когда мы пытаемся улучшить здоровый мозг — ситуация может выйти из-под контроля и привести к неконтролируемым последствиям. Пройдите тестТест: ты и твое здоровье Пройди тест и узнай насколько ценно для тебя твое здоровье. Использованы фотоматериалы Shutterstock