Обезьяны с повреждениями спинного мозга, приведшими к параличу одной конечности, вернули способность ходить благодаря новому беспроводному нейроимпланту, позволяющему восстановить связь между головным и спинным мозгом, как сообщили ученые в среду, 9 ноября.
Это достижение стало еще одним шагом вперед в стремительно развивающейся области лечения повреждений спинного мозга при помощи новейших технологий.
За последние несколько лет ученые создали технологии, помогающие людям и обезьянам управлять роборукой буквально силой мысли, вернули парализованному мужчине способность пользоваться одной рукой посредством микрочипа, имплантированного в его мозг, и использовали электростимуляцию нервных окончаний, чтобы заставить парализованных крыс ходить.
Новая система выделяется среди всех этих достижений, потому что она позволяет сконцентрироваться на нижней части тела и дает обезьянам — в ближайшем будущем, вероятно, и людям — возможность использовать беспроводную систему и не быть привязанными к компьютеру. Разработчики этой системы использовали достижения в создании карт нейронной активности и в нервной стимуляции. Для того чтобы расшифровать сигналы головного мозга и отправить их спинному мозгу, нужен компьютер, однако компьютерные технологии сделали возможным создание портативного устройства.
По словам Грегори Куртина (Grégoire Courtine), специалиста по восстановлению после травм спинного мозга из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, он надеется, что ту систему, которую разработали он и его коллеги, можно будет уже через 10 лет использовать для лечения людей, помогая им пройти процесс реабилитации и «повысить качество жизни».
Однако, как он подчеркнул, ученые ставят перед собой задачу усовершенствования процесса реабилитации, а не изобретения фантастического средства излечения паралича. «Люди не смогут ходить по улицам с интерфейсом мозг-позвоночник» в ближайшем будущем, добавил он.
Эндрю Джексон из университета Ньюкасла, который изучал паралич верхней части тела и не принимал участия в этом исследовании, считает, что оно является «еще одной ключевой вехой» в поисках методов лечения паралича. Доктор Джексон написал комментарии к этому исследованию в журнале Nature, опубликовавшем результаты эксперимента доктора Куртина, Марка Капогроссо (Marco Capogrosso), Томислава Милековича (Tomislav Milekovic) и других ученых.
Одной из причин того, что эту систему не стоит считать чудодейственным средством лечения паралича, является то, что имплант способен передавать только те импульсы, которые позволяют вытягивать и сгибать конечность в нужное время, чтобы животное могло идти на четырех лапах, но не дает возможность совершать более сложные движения, такие как, к примеру, изменение направления движения или обход препятствий. С людьми дела обстоят еще сложнее, потому что, к примеру, в отличие от четвероногих животных человеку приходится при ходьбе еще и сохранять равновесие.
По словам доктора Куртина, они проводили исследование в сотрудничестве с китайскими экспертами, потому что действующие в Швейцарии ограничения на проведение опытов над животными не позволили бы им завершить работу. Теперь, когда их эксперимент оказался успешным, он получил разрешение на продолжение работы в Швейцарии.
Доктор Куртин писал об этической стороне подобных экспериментов с приматами, подчеркивая, что ему потребовалось 10 лет на эксперименты с грызунами, необходимые для подготовки к работе с обезьянами. Одна из причин, по которым ученые работали только с одной парализованной конечностью, заключается в том, что четвероногие животные способны относительно нормально жить, не используя одну ногу, но при этом сохраняя контроль над функциями мочевого пузыря и кишечника, тогда как полный разрыв спинного мозга может оказать разрушительное воздействие на животное.
Более того, как добавил доктор Куртин, работу над этим проектом, обещающим в будущем помочь людям, пережившим травмы спинного мозга, нельзя продолжать с привлечением людей, пока не будут проведены эксперименты над другими приматами. Считывание сигналов головного мозга и стимуляция спинного мозга производится с применением устройств, которые уже используются людьми для иных целей. Однако программы по декодированию сигналов пока не испытывались на людях.
Дэвид Бортон из Брауновского университета, ставший одним из ведущих авторов нового доклада, разработал вместе со своими коллегами беспроводной сенсор в процессе написания докторской диссертации, еще до начала работы с доктором Куртином. Оснащенный микроэлектродами, этот сенсор записывает и передает импульсы в ту часть мозга, которая отвечает за движение конечностей. По его словам, одна из причин, по которой эта система может помочь в реабилитации, заключается в том, что она укрепляет оставшиеся нейронные связи между участками спинного мозга и поврежденной конечностью.
Устройство для записи сигналов головного мозга было дополнено устройством для электростимуляции, помещаемым вне спинного мозга, которое передает сигналы рефлекторной системе. Процесс ходьбы только отчасти контролируется мозгом. Спинной мозг обладает своей собственной системой, способной получать информацию от конечностей и реагировать на нее. Большую часть времени люди не задумываются о том, как они ходят, и процесс ходьбы не просто контролируется головным мозгом на подсознательном уровне. Основная часть нагрузки ложится как раз на спинной мозг и рефлекторную систему.
Доктор Куртин прежде уже использовал электростимуляцию, чтобы научить крыс с повреждениями спинного мозга ходить.
Однако та его работа не затрагивала головной мозг, и одной из ключевых составляющих этих экспериментов были временные рамки. «Если мозг посылает сигнал, который должен заставить конечность двигаться, должно пройти всего несколько миллисекунд, чтобы эта связь установилась», — объяснил доктор Бортон.
