Чи може візуальний нейропротез взаємодіяти з мозком?

Чи може візуальний нейропротез взаємодіяти з мозком?

Джерело: https://www.medscape.com/viewarticle/can-visual-neuroprosthesis-communicate-brain-2025a1000yhe

Сліпота вражає мільйони людей у ​​всьому світі та суттєво обмежує їхню незалежність, повсякденне функціонування та загальну якість життя. В Іспанії поширеність сліпоти оцінюється в 0,17%, тоді як у світі вважається, що понад 43 мільйони людей не бачать. Пошук ефективних підходів до відновлення зору залишається головним клінічним і громадським пріоритетом охорони здоров’я.

Дослідники оцінили зорові протези, що безпосередньо підключаються до мозку. Нові дані групи біомедичної нейроінженерії в Університеті Мігеля Ернандеса в Ельче (UMH) (Іспанія), опубліковані в Science Advances, описують ранні результати у двох осіб з повною втратою зору та окреслюють, що може забезпечити система кортикальних імплантів наразі.

В інтерв’ю Univadis Spain, що входить до професійної мережі Medscape, Едуардо Фернандес Ховер, доктор медичних наук, доктор філософії, директор Інституту біоінженерії при UMH, обговорив результати дослідження.

«Ми бачимо не очима; ми бачимо мозком. Око фіксує інформацію, сітківка кодує її та надсилає до центральної нервової системи, а звідти вона досягає зорової кори мозку, де власне і відбувається зір», – сказав він.

Кортикальні імплантати

Система UMH використовує невелику зовнішню камеру, встановлену на звичайному дзеркальному склі, що замінює сітківку ока. «Ми фактично обходимо сітківку», – сказав Фернандес Ховер. Портативний комп’ютер, який носять у рюкзаку, обробляє візуальний вхід і перетворює його на електричні стимуляційні патерни, що передаються до потиличної кори через імплантовані внутрішньокортикальні електроди.

Ключовим нововведенням є те, що імплантат не працює у системі з розімкнутим циклом. Натомість він створює двонапрямний діалог між мозком і пристроєм. «Зір – це не пасивний процес; це постійний обмін інформацією між оком і мозком, тому штучні системи також мають відтворювати цю функцію», – сказав Фернандес Ховер. Попередні пристрої лише стимулювали кору, не реєструючи реакцію нейронів.

«У цьому дослідженні ми встановили двонапрямний діалог з мозком. Генеруючи електричні стимули, що викликають зорові сприйняття, ми одночасно записували активність мозку та коригували стимуляцію у режимі реального часу залежно від того, як реагували нейрони навколо електродів. Ця система не лише записує дані в мозку, передаючи електричні патерни, що викликають зорові відчуття, але й зчитує нейронні реакції та адаптується до них у режимі реального часу. Система навчається у мозку, а мозок навчається у системи», – сказав він.

Оскільки цей процес спирається на вже наявні зорові шляхи, імплант підходить лише для людей, які втратили зір після його формування. «У людей, які народилися сліпими, зорова кора ніколи не розвиває свою зорову функцію. Ці ділянки були реорганізовані для розпізнавання мови чи простору. Імплант не може “розмовляти” із зоровою системою, що ніколи не існувала», – сказав Фернандес Ховер.

Дослідники імплантували масив зі 100 проникних внутрішньокортикальних мікроелектродів, виготовлених у штаті Юта.

Імплантацію було проведено за допомогою хірургічного робота та вдосконаленої нейронавігаційної системи, щоб забезпечити точність без потреби у проведенні відкритої черепної операції. UMH розробив програмне забезпечення, апаратне забезпечення та інструменти обробки сигналів для системи.

У дослідженні взяли участь двоє чоловіків з незворотним двостороннім невритом зорового нерва та повною втратою світлосприйняття. Один учасник, віком 64 роки, був сліпим протягом 2,5 років, тоді як інший, віком 61 рік, був сліпим протягом 16 років. Обидва учасники демонстрували гарні когнітивні функції та функціональні здібності без будь-яких супутніх проблем зі здоров’ям.

Відбір пацієнтів був одним із найскладніших кроків у цьому дослідженні. «Вони повинні були бути у гарному фізичному стані, оскільки процес вимагає імплантації та видалення через 6 місяців, а також існує ризик епілепсії. Їм також потрібне було гарне психічне здоров’я, оскільки після завершення проєкту та покращення функціонального зору вони мали повернутися до свого початкового стану, що може бути складно з психологічного погляду. Їм повідомили, що вони беруть участь у дослідницькому проєкті та не отримують клінічного втручання. Користь буде не для них, а для майбутніх пацієнтів з подібними захворюваннями. Це означало, що ми виключили 98% зацікавлених добровольців», – сказав Фернандес Ховер.

Імплантацію можна було встановити лише одному учаснику одночасно, оскільки кожна людина мала залишатися на території кампусу UMH протягом 6-місячного періоду дослідження для безперервного тестування. Метою було охопити загалом п’ятьох учасників.

Результати

Обидва учасники з імплантатами змогли розпізнавати складні візерунки, рухи, форми та літери. Фернандес Ховер наголосив на потребі у реалістичних очікуваннях: «Особливо важливо не створювати хибних очікувань. Мета сьогодні полягає не в тому, щоб люди знову бачили, як раніше, а у відновленні функціональної форми зору, яка поступово стає менш обмеженою та надає їм більше незалежності».

Ще одним важливим відкриттям було те, що записи нейронної активності дозволили передбачити, чи призведе електрична стимуляція до візуального сприйняття, її відносну яскравість і кількість сприйняттів. Ця здатність дозволяє динамічно регулювати параметри стимуляції, покращуючи адаптацію та пришвидшуючи криву навчання.

Шлях до клініки

Дослідники зазначили, що хоча ці результати є багатообіцяльними, ще належить провести значну роботу, перш ніж такий пристрій можна буде використовувати у клінічній практиці. «Ще багато проблем потрібно вирішити, тому ми маємо просуватися повільно та уникати хибних очікувань», – сказав Фернандес Ховер. – «Так само, як слухові апарати не відновлюють нормальний слух, ці системи не відновлять нормальний зір, але у середньостроковій і довгостроковій перспективі вони можуть забезпечити функціональний зір, що значно покращить незалежність».

Він додав: «Щодо людей, які народилися сліпими, то їхній випадок набагато складніший, оскільки у них немає зорової системи. Однак мозок – це потужна машина для обробки даних з величезною пластичністю, тому у довгостроковій перспективі для пацієнтів може бути розроблений протез. Але це лише гіпотеза; нам доведеться почекати».

Коментарі

Завантаження...