Директор лаборатории «Сенсор-Тех» — о нейроимпланте ELVIS и возможностях «нового зрения»

Прослушать публикацию
Тифлокомментарий: цветная фотография. Крупным планом профиль русоволосой девушки на белом фоне. На ее голове красный обруч с черной камерой на уровне виска.

В нашем веке киборгов можно встретить не только среди героев фантастических романов и остросюжетных фильмов, но и в числе самых обычных людей. Речь, конечно, идет не о многофункциональных роботах, а о тех, кто по тем или иным причинам вынужден использовать бионические протезы, кардиостимуляторы, кохлеарные импланты, то есть поддерживать работу своего организма при помощи встроенных в него электрических и биомеханических устройств.

Современная медицина может легко заменить человеку корень зуба на титановый стоматологический штифт, восстановить ему утраченный слух и провести протезирование руки или ноги. Как же обстоят дела с глазом человека, есть ли возможность при помощи современных технологий хоть частично вернуть ему способность воспринимать и анализировать окружающее пространство?

Да, есть, уверены сотрудники АНО «Лаборатория ’’Сенсор-Тех’’», которые поставили перед собой задачу сделать так, чтобы уже через шесть лет незрячие люди могли видеть при помощи нейроимпланта ELVIS, вживляемого в кору головного мозга.

Что такое нейроимплант, как проводятся его испытания и каким образом он поможет человеку видеть мир, порталу «Особый взгляд» рассказал директор лаборатории «Сенсор-Тех» Денис Кулешов.

— Несколько лет назад в России двум пациентам были впервые проведены операции по установке бионических глазных имплантов, а сегодня лаборатория «Сенсор-Тех» занимается разработкой кортикального импланта, который также сможет вернуть незрячим людям зрение. Чем отличается принцип работы этих устройств и какое из них может использоваться в медицине с большей эффективностью?

— Устройства, которые несколько лет назад были установлены российским пациентам, являются ретинальными имплантами, то есть имплантами, которые устанавливаются на сетчатку глаз. Кортикальные импланты, или нейроимпланты, разработкой которых мы сегодня занимаемся, устанавливаются в зрительную кору головного мозга. Оба импланта дают одинаковый результат — человек начинает видеть «электронным зрением».

В основе ретинального импланта порядка шестидесяти электродов, и этого количества достаточно для того, чтобы человек начал различать очертания и контуры предметов. Именно такие ретинальные импланты американской компании Second Sight Medical Products были установлены российским пациентам при поддержке фонда «Искусство, наука и спорт» и фонда «Со-единение», и это, конечно, стало прорывом для российской медицины. Однако было немного тревожно по причине того, что такие импланты подходят только одной категории пациентов, а именно тем людям, которые потеряли зрение вследствие конкретного дегенеративного заболевания сетчатки — пигментного ретинита.

Круг пациентов, которым могут оказать помощь кортикальные импланты, гораздо шире. В их число входят люди, которые по какой-либо причине потеряли зрение или даже такие, кто из-за травмы полностью лишился глаз.

Дело в том, что зрительную информацию воспринимает глаз человека, а вот ее обработкой и анализом занимается мозг. Мы надеваем на голову пациента камеру и подключаем ее к зрительной коре его головного мозга, а точнее — к импланту, который в нее вживлен. Обработкой изображения с камеры занимается маленький микрокомпьютер, который вешается на пояс. Именно благодаря такому принципу работы удается вызвать у пациента зрительные ощущения. Сконцентрироваться одновременно над развитием ретинального и кортикального имплантов мы считаем нелогичным и отдали предпочтение второму устройству потому, что считаем необходимым заниматься комплексным решением проблемы.

— Как выглядит корковый нейроимплант ELVIS?

— Если говорить совсем просто, то устройство состоит из двух частей — внешней и внутренней. Внешняя — это обруч с камерами, который человек носит на голове, и микрокомпьютер на поясе (он обрабатывает информацию с камер).

Тифлокомментарий: цветной коллаж. На белом фоне корковый нейроимплант ELVIS. Красный обруч с двумя камерами соединен проводом с небольшим черным прямоугольным устройством с кнопками — микрокомпьютером. Над ними изображение импланта — серебряного микрочипа с электродами.

Внутренняя часть — это сам имплант, который устанавливается в головной мозг. Внешняя часть устройства готова, а разработкой внутренней мы как раз сейчас и занимаемся, тестируем ее на животных.

После каждого изменения в строении нейроимпланта необходимо проводить цикл тестирований. Это обязательное требование к процессу разработки медицинских изделий. В настоящее время нам надо разработать алгоритмы стимуляции зрительной зоны, понять, как проявляют себя токи, и убедиться, что наша электроника справляется с передачей импульсов и, главное, делает это безопасно. Сейчас все это испытывается на крысах. Конечно, специально животных мы не ослепляем, а стимулируем их мозг при помощи электродов так, чтобы задействовать ответ не в зрительной коре, а в моторной — направляем электронный импульс чуть в сторону, и у животного вследствие этого подрагивают усики. Такое движение может быть едва уловимым, заметным только при фиксации на специальную видеокамеру, но для нас оно имеет большое информативное значение.

Более показательные результаты будут достигнуты при испытаниях на обезьянах, которые планируются уже в следующем году. Сначала обезьян тренируют джойстиком указывать на нужные объекты на мониторе, затем им устанавливают нейроимплант и начинают его стимулировать, предварительно надев на глаза испытуемых животных черную маску. Вспышки, которые видели обезьяны на мониторе, передаются в зрительную кору головного мозга, и увидеть они их должны уже с закрытыми глазами, без монитора. Если животные будут их видеть, они укажут их направление при помощи джойстика. В результате таких научных испытаний мы с уверенностью сможем сказать, что нейроимплант позволит людям видеть без участия глаз.

И только после проведения экспериментов на животных, заполнения специальных протоколов, прохождения непростых процедур, можно будет подать документы в Роспотребнадзор с информацией о том, что есть необходимость запатентовать медицинское устройство и провести первые испытания на добровольцах из числа людей. После получения официального разрешения мы начнем устанавливать нейроимплант уже первым незрячим пациентам. Конечно, это будет происходить под наблюдением ведущих центров нейрохирургии и в течение полутора-двух лет. При оптимистичном сценарии, если не возникнет никаких проблем, к концу 2026 года мы сможем получить первый сертифицированный в России нейроимплант.

— Как давно наука занимается разработкой кортикальных нейроимплантов?

— История их начинается с 1970-х годов прошлого века, когда в США на короткий срок в рамках научного эксперимента людям устанавливали такие нейроимпланты. Устройства эти были огромные: на голове человека было множество проводов, а на поясе висел огромный компьютер. Главное, что в эти годы был выработан фундаментальный принцип: да, благодаря нейроимплантам люди могут видеть, могут получать зрительную информацию.

С тех пор ученые многих стран активно работают в направлении усовершенствования кортикальных имплантов. Продвижению вперед мешало состояние микроэлектроники, которая не позволяла сделать маленькие компьютеры и отказаться от большого количества проводов. Наверное, с 2010-го года в мире появилось около десяти лабораторий, которые вплотную занимаются разработкой нейроимплантов, и ведущей из них является компания Second Sight Medical Products, и которые на полшага идут впереди нас. Они уже установили такую систему шести людям и в настоящее время тестируют ее. Система их нейроимплантов похожа на нашу: есть камера и есть матрица, которая имплантируется в мозг.

Тифлокомментарий: цветной коллаж. Стройный молодой брюнет стоит боком у голубой стены. На нем голубая рубашка, бежевые брюки и устройство ELVIS. На голове — красный обруч, на поясе — микрокомпьютер. У теменной части головы изображение импланта.

— Как будет видеть человек, которому установят такой нейроимплант? Будет ли его зрение отличаться от зрения обычного человека?

— Конечно, зрение, которое появится у человека после установки нейроимпланта, будет иным, электронным. В человеческом глазу есть сетчатка, состоящая из миллиона точек, клеток, импланты, которые устанавливались на сетчатку, имели всего 150 электродов (60 пикселей), а устройство, над которым мы сейчас работаем, будет давать изображение от 100 до 300 пикселей. Сам принцип зрения в том и в другом случае построен одинаково: если мы начинаем стимулировать малыми токами определенную зону коры головного мозга человека, в его сознании появляются вспышки света. К примеру, мы стимулируем три электрода, лежащих на одной линии, и в сознании человека вследствие этого будет формироваться линия. Если стимулировать большее число электродов, то можно передавать очертания объектов. Конечно, зрение, восстановленное при помощи нейроимпланта, будет отличаться от привычного человеку зрения, но видеть таким образом однозначно гораздо лучше, чем жить в полной темноте и ориентироваться только на звук. Мозгу человека потребуется время (два-три месяца), чтобы перестроиться на «новое зрение», понимать, что перед ним находится: люди, предметы, тротуары или машины.

— Возможно ли будет установить корковые нейроимпланты пациентам, которые не видят с рождения? И каким образом будет формироваться зрительные образы у них?

— На самом деле нейроимпланты можно установить всем, даже людям с хорошим зрением, которые при этом будут видеть вспышки света сверху обычных зрительных образов. Возможно, в будущем так можно будет подключать мозг человека к гаджетам, и человек, к примеру, сможет читать сообщение, не вынимая телефон из кармана. Ну, это я фантазирую. А вообще мы можем быть уверены, что нейроимпланты, установленные пациентам с приобретенной слепотой, будут эффективны, так как у них сформирована зрительная кора головного мозга. В мозге таких людей хранятся увиденные образы, контуры, очертания объектов, и когда такие пациенты будут получать информацию о том, что находится вокруг, мозг сопоставит ее с накопленной зрительной информацией. Зрительный опыт мозг будет активно включать в формирование ассоциативных связей.

Как после установки нейроимплантов будет вести себя мозг пациента, который никогда не видел, мы точно не знаем. Есть предположение, что он начнет учиться пользоваться «новым зрением», и этот процесс займет много времени. Может, «электронное зрение» слепого от рождения человека будет не таким хорошим, как у человека с приобретенной слепотой, а может, наоборот — мы точно не знаем этого. Пока количество людей с установленными нейроимплантами в мире ничтожно мало, и мы не обладаем нужным количеством клинических данных, чтобы делать конкретные выводы. Но когда такие системы будут массово использоваться, мы сможем достоверно ответить на вопрос об их эффективности при установке пациентам с врожденной слепотой. Пока же с точки зрения медицины противопоказаний к установке кортикальных имплантов нет.