Группа исследователей из Медицинского колледжа Бейлора разработала прототип визуального протеза, который позволяет слепым людям «видеть» очертания букв. Процесс создания и испытания инновационного мозгового имплантата описан в журнале Cell.

В эксперименте американских учёных участвовали группы как зрячих, так и слепых людей, лишившихся зрения в сознательном возрасте. Прототип визуального протеза – имплантат с сетью электродов размещали непосредственно на мозге пациентов, а именно на зрительной коре. Путём стимуляции имплантата нейробиологи посылали зрительной коре головного мозга сигналы, соответствующие различным буквам. В мозгу человека такое воздействие генерирует так называемые фосфены – блики, вспышки, светящиеся фигуры и точки, возникающие без световой стимуляции глаз человека. Фосфены формируются в результате остаточной реакции системы обработки визуальной информации. Скорее всего Вам тоже приходилось «видеть» механические фосфены в виде странных молний и вспышек при надавливании или растирании закрытых глаз.

Феномен фосфенов впервые описал греческий философ и физиолог Алкмеон, который был автором первого древнегреческого медицинского трактата, описывающего его видение природы взаимодействия людей с окружающим миром. Спустя сотни лет в 1755 году французский врач Чарльз Ле Рой обнаружил, что электростимуляция головного мозга позволяет «видеть» фосфены не только зрячим людям, но и тем, кто потерял зрение в результате болезни или травмы.

С тех пор стимуляция головного мозга разного рода нейроимплантатами стала частью протокола лечения множества состояний и расстройств. В 1960-х годах учёные начали попытки стимуляции зрительной коры с целью генерирования множественных фосфенов и их слияния в последовательные формы. Тогда исследователи надеялись, что активации всего нескольких точек будет достаточно для создания целых изображений, однако они явно недооценили сложности структур головного мозга, сравнивая его нейроны с пикселями компьютерного дисплея. Нейробиолог Майкл Бошам и нейрохирург Дэниел Йошор надеются, что их исследование приблизит современную медицину к созданию полноценного визуального протеза. По их задумке, подобное устройство будет работать по аналогии с кохлеарным имплантатом, который трансформирует звуки в электрические импульсы и передаёт их на локализованные в улитке электроды. В последующих прототипах визуального протеза место микрофона займёт камера. Изображение с камеры также будет кодироваться и передаваться в установленный на зрительной коре электродный массив для последующей обработки сигналов.

Пока слишком рано говорить об использовании визуального протеза в качестве универсального инструмента восстановления зрения. Однако предварительные испытания прототипов показали достаточно неплохой результат. В частности, участники эксперимента отлично справлялись с задачей, которая заключалась в распознавании формы видимых ими фосфенов, идентификации в них букв и их воспроизведении на сенсорных дисплеях.

 По словам доктора Йошора, в данном эксперименте он и его коллеги использовали схему всего из нескольких электродов для стимуляции ограниченного количества нейронов. Зрительная кора человеческого мозга состоит из миллионов нейронов, потому увеличение площади стимуляции должно значительно усилить эффект, полученный на начальных этапах разработки визуального протеза. В дальнейшем учёные планируют усилить свою «артиллерию» и создать имплантат с тысячами электродов.

Увеличение количества электродов также позволит генерировать более сложные формы из фосфенов. Кроме того, для эффективности меньшего числа электродов учёным приходится использовать более сильное электрическое поле, с помощью которого сигнал с поверхностного имплантата проникает вглубь мозговых структур. Это нередко приводит к наслоению сигналов, поскольку из-за менее точной направленности электрического импульса сигнал, предназначенный для одной клетки, может распространяться и на её «соседей». При увеличении количества электродов исследователи смогут ослабить электрические поля, сделав стимуляцию клеток более «прицельной».

Более того, для реализации возможности длительного или даже постоянного использования визуального протеза учёным придётся создать новые электроды, которые смогут стимулировать глубокие ткани мозга, не повреждая их. Текущий вариант протеза применим только для краткосрочных экспериментов, поскольку продление его эксплуатации не оправдывает рисков, связанных с необратимыми повреждениями мозговой ткани. По словам доктора Йошора, прежде всего цель его команды – улучшение качества жизни пациентов, потому достоинства протеза должны превосходить над связанными с его применением потенциальными рисками.