Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

Теперь задумайтесь, какие перспективы все это откроет перед человечеством в ближайшем будущем. Как вам идея дистанционно управлять роботом, причем только силой мозговой активности? В отличие от Эллен Рипли, вам даже переселяться в него не придется: вы будете не совершать движение, а просто думать его. Если захотите, чтобы робот поднял руку, он тут же сделает это. А если пожелаете присесть на корточки, выполнить пируэт или подпрыгнуть, робот исполнит вашу мысленную команду мгновенно и безошибочно. Это из области фантастики, скажете вы. Вовсе нет, мы с вами уже на пути в нашу ближайшую реальность.

Моторная кора, маршмеллоу и Луна

В начале декабря 1995 года Жан-Доминик Боби находился на вершине успеха: он был главным редактором знаменитого журнала Elle и вращался в высших кругах французского общества.

И вдруг, как гром среди ясного неба, Боби поразил тяжелейший инсульт, после которого от погрузился в глубокую кому.

Двадцать дней спустя Жан-Доминик вышел из комы. Он находился в ясном сознании, видел и понимал, что происходит вокруг, слышал речь находившихся в его палате людей — но не мог двигаться. Не мог шевельнуть рукой или ногой, пальцами, мышцами лица, не мог издать ни звука, ни крика. Во всем теле ему не отказался служить единственный маленький орган — левое веко. В остальном Боби оказался в заточении своего неподвижного тела.

Со временем, благодаря усилиям и терпению двух настойчивых врачей-терапевтов, Боби сумел восстановить общение с миром, но очень заторможенное. Нет, дар речи к нему не вернулся, но он мог поднимать и опускать действующее левое веко. Одна из терапевтов медленно произносила буквы французского алфавита в порядке частоты их употребления в языке, а Боби опускал веко, когда она доходила до нужной буквы. Врач записывала букву и заново начинала перечисление. В результате, с мучительной медлительностью — по две минуты на слово, Боби снова начал общаться. Беспримерное терпение помогло ему надиктовать книгу, где он рассказал, каково живется с синдромом «запертого человека». Живость и изящество слога составляли разительный контраст с бесчувствием его тела. Боби сумел с максимальной силой выразить муки, которые испытывает человек, лишенный общения с миром. Он описал, например, пронзительную тоску от вида забытой его помощницей сумочки, в полуоткрытом нутре которой виднелись ключ от номера в отеле, билет в метро и стофранковая купюра. Бесхитростные и обыденные, эти предметы напоминали ему о жизни, проявлений которой ему больше никогда не испытать.

Книга Боби «Скафандр и бабочка»[36] увидела свет в марте 1997 года. В первую же неделю было продано 150 тысяч экземпляров, и книгу признали бестселлером номер один по всей Европе. Через два дня после выхода книги автора не стало. Миллионы людей вот уже долгие годы не могут без слез читать исповедь Боби. Перелистывая ее страницы, они, наверное, впервые в жизни начинают ценить простое удовольствие от того, что у них нормально функционирует командный центр и играючи управляется с громоздкими мясистыми конечностями, причем так искусно, что мы пребываем в блаженном неведении о сложнейших операциях, происходящих под сводами нашего черепа.

Почему Боби утратил способность двигаться? В нормальных обстоятельствах, когда мозг решает пошевелить вашей рукой, соответствующий паттерн нейронной активности посылает двигательную команду по нисходящим проводящим путям в спинной мозг, а оттуда — периферическим нервным волокнам, где электрические сигналы преобразуются, выделяя нейромедиаторы, которые заставляют мышцы сокращаться. Но у Боби сигналы не могли покинуть мозг, чтобы совершить далекое путешествие по нервным путям к телу. Его мышцы не получали никаких команд.

Надо надеяться, в будущем мы научимся исцелять спинной мозг, но на данный момент не умеем этого делать. В итоге тут видится единственный выход: а что, если бы у врачей была возможность не отслеживать моргания Боби, а напрямую измерять импульсы в его мозге? Что, если бы нам удалось перехватить и понять команды, которые нейронные цепочки пытаются отправлять мышцам, а потом в обход поврежденных тканей донести эти послания до мышц и заставить их выполнять соответствующие действия?

Через год после смерти Боби исследователи из Университета Эмори имплантировали интерфейс «мозг — компьютер» Джонни Рэю, пациенту с синдромом «запертого человека», и тот прожил достаточно времени, чтобы обучиться управлять компьютерным курсором, просто воображая нужное действие8. Его моторная кора лишилась возможности передавать сигналы через поврежденный спинной мозг, зато их воспринимал и передавал компьютеру имплантат.

К 2006 году парализованный американский футболист Мэтт Нэгл научился с большим трудом сжимать и разжимать ладонь искусственной руки (рис. 5.9), регулировать освещение, открывать электронную почту, играть в видеоигру Pong и рисовать окружность на экране компьютера9. Эти способности проявились благодаря вживленной в моторную кору плате размерами 4 × 4 мм почти с сотней электродов. Мэтт представлял, какое действие совершают его мышцы, мысль активировала моторную кору, позволяя ученым фиксировать активность и более или менее определять, что он хочет сделать.

Рис. 5.9. Управление роботизированной рукой за счет мысленного представления конкретного движения

Andrew B. Schwartz

Пусть технология, которую ученые применили в случаях Джонни и Мэтта, была, как говорится, создана на коленке и не отлажена, но главное в том, что она доказала возможность вернуть парализованным дар движения. К 2011 году группе нейробиологов из Питтсбургского университета под руководством Эндрю Шварца удалось создать протез руки, почти не уступающей настоящей в восприимчивости и двигательных возможностях.

Участвовать в испытании вызвалась Джен Шойерманн, парализованная в результате спиноцеребеллярной атаксии[37]. С согласия Джен ей провели нейрохирургическую операцию, чтобы дать возможность действовать протезом10. После операции сигналы считываются непосредственно с моторной коры Джен. Теперь она может представить какое-нибудь движение рукой, и протез, повинуясь ее мысли, выполняет его. Располагается протез на некотором отдалении от Джен, что вовсе не меняет дела: через провода, соединяющие ее мозг с компьютером и роборукой, женщина может послать ей команду плавно повернуться и взять нужный предмет, притом получается это ничуть не хуже, чем много лет назад, когда у Джен действовала собственная рука. В норме, когда у нас возникает мысль что-либо сделать рукой, соответствующие сигналы отправляются из моторной коры в спинной мозг и затем по периферическим нервным путям передаются мышечным волокнам. У Джен сигналы, считываемые с ее мозга, путешествуют другим маршрутом — не по нейронным путям к мышечным волокнам, а по проводам, ведущим к моторчикам в протезе. Постепенно Джен приноравливается все лучше и лучше действовать искусственной рукой, отчасти благодаря более совершенной технологии, но также и потому, что ее мозг несколько подправил свою нейронную сеть, чтобы наилучшим образом управлять новой конечностью — точно так же, как если бы это был велосипед с обратным рулем, доска для серфинга или робот-скафандр Эллен Рипли (рис. 5.10).