Добраться до каждого нейрона

Пациентка с «положенными» на поверхность двух зон коры головного мозга электродами (положение передатчика и электродов показаны на рентгенограммах в верхних врезках В и С). Иллюстрация Physorg

Патологоанатомическое исследование мозга В.И. Ленина, как известно, показало, что у вождя мирового пролетариата нормально функционировало лишь правое полушарие. Поэтому Ленин в последние годы своей жизни не мог говорить, ведь речь локализуется в левой гемисфере.

Другой пример. Отсутствие контроля над телом может вызываться боковым амиотрофическим склерозом (ALS – Amyotrophic Lateral Sclerosis), жертвой которого стал известный британский физик-теоретик Стивен Хокинг.

На состоявшейся в калифорнийском Сан-Диего конференции нейробиологов участники заслушали два доклада об испытаниях на людях последних достижений компьютерной техники. Сотрудники Имперского колледжа в Лондоне рассказали, что стимуляцию глубинных структур мозга можно осуществлять и без вживления проволочных электродов, которые сейчас используются для купирования эпилептических припадков и расстройств движений при паркинсонизме (подавления дрожательного тремора).

Для этого британские ученые использовали два высокочастотных тока порядка 10 килогерц, разница частот которых составляла всего 10 герц. Токами с этими параметрами производилось стимулирование нейронов у лабораторных мышей и у девяти здоровых добровольцев. В обоих случаях функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) показала увеличение кровотока и «притока» кислорода в гиппокамп – извилину морского конька, лежащую на основании височной доли. Нервные клетки последнего, как известно, отвечают за формирование и хранение памяти, страдающей при болезни Альцгеймера. Правда, пока, как отмечается в статье в журнале New Scientist, «пробивной» способности токов не хватает для достижения глубоких структур, нарушение которых приводит к болезни Паркинсона.

В университете Карнеги в г. Питсбург МРТ использовали для снятия индивидуальных «отпечатков» коннектома (полного описания структуры связей в нервной системе организма) 699 человек. Отчет об этой работе публикует издание PLOS.

Известно, что МРТ регистрирует движение крови не только в сосудах, но и диффузию жидкости вдоль и поперек мозговых путей, представляющих собой отростки нейронов (такую разновидность МРТ называют поэтому диффузной). И поскольку люди разные, то и мозговые коннектомы у них различаются, что и позволяет выявлять их отличия у разных индивидуумов. При заболевании ALS гибель моторных нейронов приводит к нарушению питания мышечных волокон. Треть жертв ALS со временем теряет способность двигать даже глазами, что «отключает» их от общения с родными и близкими.

Решение проблемы общения нашла героиня романа «Граф Монте-Кристо», которая показывала бессловесному графу Нуаре словарь, а он движением глаз показывал на ту или иную букву, «составляя» тем самым слова. Сейчас для этой цели используют глазные трекеры, соединенные с компьютерным дисплеем, на котором люди могут двигать курсором. Проблема однако в том, что при дневном свете трекеры плохо «отвечают» на движения глаз. Именно поэтому специалисты университета в голландском Утрехте предложили пользующейся трекером 58-летней жертве ALS вживление двух полосок с укрепленными на них электродами, которые нейрохирург «положил» непосредственно на поверхность мозга.

Провода от электродов были подсоединены к передатчику-трансмиттеру, который, подобно ритмоводителю для сердечников, был имплантирован подкожно на груди. Электроды у больной локализованы над двумя областями – левой моторной и зоной, контролирующей отсчет чисел назад. Передатчик подает сигналы на антенну, с которой они идут к компьютеру, анализирующему «картину» локальной электроэнцефалограммы («биотоков» данной зоны коры). Волны ЭЭГ генерируются активностью нервных клеток, возникающей при воображаемо-виртуальном движении правой руки. Больная тем самым кликает буквы на дисплее, составляя из них слова. Пациентка получила возможность выходить на улицу и двигаться в нужном ей направлении, поскольку она теперь «оторвана» от домашнего компьютера, пишут New England J. Medicine и New Scientist.

Коллеги голландских ученых с энтузиазмом встретили доклад с описанием нового подхода и оригинального компьютерно-мозгового интерфейса. Однако они считают необходимым как можно быстрее обрести возможность стимуляции поверхностных корковых «полей» без необходимости проведения нейрохирургической операции со сверлением черепной коробки.

Возможно, что со временем действительно можно будет использовать нацеленную стимуляцию соответствующих нейронов с помощью высокочастотных токов. Со временем войдут в практику квантовые компьютеры, «считающие» в параллельном режиме значительно быстрее по сравнению с нынешними на привычных кремниевых чипах.