В последние годы технологии искусственного зрения шагнули далеко вперед. Новый тип мозгового имплантата дает возможность формировать зрительные образы, не используя сетчатку или зрительные нервы. Устройство под названием ICVP прошло очередную проверку — его вживили третьему пациенту, что подтверждает перспективность метода прямой стимуляции коры головного мозга.
Ирина Медведева
Беспроводной мозговой имплантат позволяет обходиться без глаз и передавать сигналы искусственного зрения непосредственно в мозг. Источник: Illinois Tech
Этот беспроводной имплантат, предназначенный для восстановления способности видеть, был успешно установлен третьему добровольцу с полной слепотой в рамках клинических испытаний, проходящих в США. Операция состоялась в Медицинском центре Университета Раш и стала очередным этапом в проверке возможностей системы интракортикальных зрительных протезов (ICVP).
Особенности технологии
Отличие этой технологии в том, что она полностью исключает глаз из цепочки восприятия. Вместо того чтобы опираться на поврежденную сетчатку или нервные пути, имплантат напрямую воздействует на зрительную кору, вызывая искусственные ощущения света и формы.
Система состоит из множества крошечных беспроводных стимуляторов, вживленных в мозг. Каждый такой стимулятор оснащен электродами, через которые передаются контролируемые электрические сигналы. Во время последней процедуры хирурги установили пациенту 34 стимулятора — в общей сложности 544 электрода. Главная задача текущего этапа — выяснить, сможет ли человек после обучения использовать эти сигналы для ориентации в пространстве и решения повседневных задач, требующих зрительного контроля.
Разработка ведется в рамках долгосрочной научной программы под руководством Технологического института Иллинойса. В проекте участвуют нейрохирурги и специалисты по зрению из нескольких медицинских центров. После многих лет доклинических исследований, направленных на отработку хирургических методик и надежности оборудования, испытания сейчас перешли на клиническую стадию.
Третий имплантат знаменует собой важную веху
Третья успешная имплантация стала важным рубежом. По словам доктора Сепера Сани, проводившего операцию, этот результат приближает момент, когда пациенты с глубокой потерей зрения получат реальную альтернативу. Исследователи подчеркивают, что повторный успех говорит о воспроизводимости метода — он работает не только в единичном случае, а значит, может быть внедрен в широкую практику.
Филип Р. Тройк, исполнительный директор Притцкеровского института биомедицинских наук и инженерии Иллинойского технологического института и главный научный руководитель проекта, отметил, что нейротехнологии демонстрируют огромный потенциал. По его словам, многолетние исследования наконец воплощаются в реальные устройства, способные изменить жизнь людей. Он также добавил, что последняя имплантация подтверждает стабильность и повторяемость работы системы — качества, необходимые для длительных клинических испытаний с участием человека.
Третья успешная имплантация системы ICVP подтверждает не только техническую воспроизводимость процедуры, но и принципиальную возможность масштабирования технологии. Если первые два участника продемонстрировали, что прямая стимуляция зрительной коры способна вызывать устойчивые зрительные ощущения — фосфены, то третий случай позволяет исследователям перейти к более сложным вопросам: насколько точно мозг может интерпретировать паттерны стимуляции как целостные образы? С 544 электродами система способна создавать достаточно детализированную «картинку», чтобы различать крупные объекты, контуры и движущиеся цели. Однако ключевой задачей остаётся обучение мозга — пациенту предстоит заново осваивать визуальное восприятие, которое для него было утрачено.
Начинается тестирование беспроводного зрения
После операции участник проведет около четырех недель на восстановлении. Затем начнется тренировочный этап в Центре протезных исследований Хилтон, который работает на базе Чикагского маяка — организации, помогающей людям с нарушениями зрения. Ученые оценят, можно ли расшифровать сигналы мозга, возникающие в ответ на стимуляцию, и превратить их в осмысленное зрительное восприятие.
Джанет П. Шлик, президент и исполнительный директор Чикагского маяка, подчеркнула, что для полностью слепых людей даже минимальное ощущение света может коренным образом повлиять на качество жизни. Она выразила надежду, что результаты этого исследования изменят подход к лечению слепоты и восстановлению зрения.
Следующий этап испытаний будет сосредоточен именно на этом аспекте. В течение нескольких недель после восстановления участник начнёт серии тренировок, где ему предстоит сопоставлять электрические сигналы с реальными пространственными задачами. Например, обходить препятствия, находить предметы на столе или ориентироваться в коридоре. Исследователи из Чикагского маяка уже разработали протоколы, которые учитывают разную степень потери зрения и индивидуальные особенности нейропластичности. Важно, что система не требует хирургического вмешательства в глаз или зрительный нерв — это делает её доступной для пациентов с полной атрофией сетчатки, травмами или дегенеративными заболеваниями, которые ранее считались неизлечимыми.
Что дальше?
За каждым участником клинических испытаний будет вестись наблюдение в течение одного-трех лет. Срок зависит от даты имплантации. Врачи планируют отслеживать, как пациент адаптируется к устройству, насколько оно удобно в использовании и безопасно в долгосрочной перспективе.
В настоящее время исследовательская группа продолжает набор добровольцев. Особый интерес представляют люди, потерявшие зрение во взрослом возрасте, но имевшие нормальное зрение как минимум в первом десятилетии жизни. Проект ICVP реализуется совместными усилиями Иллинойского технологического института, Уилмерского офтальмологического института Университета Джона Хопкинса, Чикагского университета и других партнеров. В число участников входят также компании, занимающиеся производством медицинского оборудования и микроэлектроники, которые обеспечивают выпуск и тестирование имплантатов.
Параллельно идёт работа над улучшением самих имплантатов. Текущая версия использует 34 стимулятора, но конструкция позволяет увеличить их количество без дополнительного риска для пациента. Миниатюризация электроники, достигнутая за последние годы, дала возможность размещать устройства непосредственно в коре, не нарушая её функции и не вызывая воспаления. Беспроводное питание и передача данных устраняют необходимость в транскраниальных кабелях, которые были проблемой первых поколений нейропротезов. Это значительно снижает риск инфекций и облегчает повседневное использование.
Долгосрочное наблюдение за первыми тремя участниками покажет, насколько стабильными остаются зрительные ощущения со временем. Предыдущие исследования на животных и единичные случаи у людей указывают, что мозг способен адаптироваться к стимуляции даже спустя годы после потери зрения, если зрительная кора не была повреждена. Однако остаются открытые вопросы: как система поведёт себя при попытке распознавания лиц или чтения текста? Пока что инженеры фокусируются на навигации и базовом взаимодействии с окружающей средой — этого достаточно, чтобы кардинально повысить качество жизни полностью слепых людей.
Проект ICVP представляет собой редкий пример коллаборации, где фундаментальная нейронаука, микроэлектроника и клиническая хирургия работают как единый механизм. Участие таких институтов, как Университет Джона Хопкинса и Иллинойский технологический институт, обеспечивает не только медицинскую экспертизу, но и промышленное производство компонентов. Если следующие этапы испытаний подтвердят безопасность и эффективность, система может выйти на уровень коммерческого протезирования в течение ближайших пяти-семи лет. Для миллионов людей, живущих с полной слепотой, это означает не просто надежду — а реальный, осязаемый путь к восстановлению зрения, пусть и в его искусственной, но функциональной форме.
Вышесказанное подтверждает, что развитие робототехники идет вперед, и уже не ограничивается решениями, типа в «Сила» и «Легкая рука», адаптированными под конкретные технологические процессы калининградской верфи «Янтарь». Мозговой имплант ICVP, а также эластичный светочувствительный гель, созданный специалистами MIT, обещают совершить прорыв в создании гибких роботов, биосовместимых гаджетов и передовых интерфейсов для взаимодействия людей с техникой.