Сейчас современный электронный протез руки или ноги не воспринимается как что-то экзотическое. А как насчет протеза самого сложного и важного для человека органа?
Протезы для мозга: как это работает

Если человек потерял в результате травмы руку или ногу, медицина еще с древности предлагала заменить потерю протезом. Со временем протезы становились все совершеннее — от деревяшки Джона Сильвера до сложных бионических конструкций, управляющихся нервными импульсами от естественных нервных окончаний человека или через электроэнцефалограмму. Сейчас, если у человека отказывает печень или почка, если гибнет сердце — их можно заменить искусственным органом или трансплантировать донорский. Заменяют кожу, суставы, волосы и многое другое. Тем не менее существует один орган, о протезировании которого речь пока не идет. Это мозг.

Действительно, иногда после инсульта «отказывает» крошечный участок головного мозга, но и это приводит к ужасающим последствиям — потере памяти, параличу и т. д. Можно ли заменить протезом хотя бы участок мозга?

Вспомнить всё

Вообще, под словом нейропротезы понимают две разные вещи. Первая — это роботизированные протезы, которые управляются имплантированными в мозг электродами, они помогают полностью парализованным больным. Вторая — это когда электроды подводятся к сохранившимся остаткам нервных волокон, шедших когда-то к утраченной конечности.

Однако такие нейропротезы на территорию пораженного мозга не вторгаются. Первую попытку предпринял в 2012 году американский невролог Теодор Бергер, создавший протез средней части гиппокампа. Правда, только у крыс и весьма своеобразный. В гиппокамп крыс ввели несколько десятков электродов. Часть из них «снимала» электрическую активность, часть позволяла стимулировать электрическими импульсами нейроны. Потом крыс научили запоминать, в какой из кормушек лежит еда. Параллельно следили за активностью гиппокампа в те моменты, когда животное принимало правильное (и неправильное) решение, устанавливая, какая часть гиппокампа «отвечала» за память о месте расположения лакомства.

Повреждение этого места приводило к тому, что крыса забывала о том, куда положили ее обед. Однако после стимуляции поврежденного участка электродами (при помощи специального чипа) животное вспоминало о своих успехах и находило еду. Более того, если животное просто забывало (такое случается и с нами, правда?), то стимуляция гиппокампа с помощью чипа тоже приводила к «включению» памяти.

Продолжение мозга
Самый простой нейропротез существует еще с 1960-х годов. Это кохлеарный имплантат. Фактически он представляет собой слуховой аппарат, однако схема его работы совсем другая, он помогает при так называемой нейросенсорной тугоухости, когда поражается не «механика» слуха, а его «электрика», то есть нейронные связи между ухом и мозгом. Кохлеарный имплантат — это электронный комплекс с микрофоном, процессором, принимающим электрические сигналы с микрофона и преобразующим звуки в сигналы, понятные мозгу, и электроды, передающие эти сигналы на идущие в мозг нервы.

Подобрать код

Чтобы правильно стимулировать гиппокамп, нужен особый «код активации» — электрическая активность «входящего» импульса. Для этого Бергер измерял активность всего гиппокампа во время поиска кормушки с едой. И именно для этого нужен чип, который передает активационный код с «входящей» зоны на зону памяти. И нужна еще специальная математическая модель, которая «вычленяет» нужный сигнал по снимаемой электроэнцефалограмме и передает его в чип. Значит ли это, что все-таки можно будет заменить весь мозг, подсмотрев коды активации для всех навыков организма? В обозримом будущем вряд ли.

Распутать провода

Однако создать какие-то нейроимпланты для человеческого мозга, которые помогут «обходить» пораженные при инсульте зоны (а та пресловутая средняя часть гиппокампа, кстати, очень часто поражается при инсульте), вполне возможно в ближайшие десять лет, и несколько научных коллективов в мире уже трудятся над этим. Существует несколько глобальных проектов по картированию мозга, постепенно расшифровывается коннектом — порядок соединения друг с другом всех нейронов мозга (к слову, вариантов коннектома больше, чем атомов во Вселенной), начинают изучаться и картироваться и вспомогательные клетки мозга — глия, составляющая около 40% нашего главного органа. Возможно, лавинообразное накопление всех этих данных поможет через несколько десятилетий заменить если не весь мозг, то некоторые его части.

Фото
Александр Каплан, психофизиолог, профессор кафедры физиологии человека и животных, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова: «Мозг — пожалуй, единственный орган тела, для полного протезирования которого нет ни теоретических, ни экспериментальных оснований. Однако это не закрывает перспективу создания протезов, пусть очень плохо, но все-таки хоть как-то имитирующих исходную функцию. Ведь мозг — это хотя и сверхсложное, но достаточно структурированное информационно-аналитическое устройство. В качестве аналога можно привести компьютер: пусть мы не можем заменить центральный процессор, но сборку сгоревшего USB-порта тем или иным способом сделать из подручных материалов можно».

Статья «Протезы для мозга» опубликована в журнале «Популярная механика» (№12, Декабрь 2015).