Имплант для управления сознанием: система BrainGate

Введение

Имплант в мозг
BrainGate – это система мозгового импланта, находящаяся в стадии разработки и клинических испытаний, предназначенная для помощи людям, потерявшим контроль над конечностями или другими функциями организма, например, пациентам с амиотрофическим латеральным склерозом (АЛС) или травмой спинного мозга. Технология BrainGate и связанные с ней активы Cyberkinetic теперь принадлежат частной компании Braingate, Co. Сенсор, имплантируемый в мозг, отслеживает мозговую активность пациента и преобразует намерения пользователя в компьютерные команды.

Технология

В своем нынешнем виде, BrainGate состоит из сенсора, имплантированного в мозг, и внешнего декодерного устройства, которое подключается к протезу или другому внешнему объекту. Сенсор представляет собой массив микроэлектродов, ранее известный как массив Юты, состоящий из 100 электродов толщиной с волос, которые регистрируют электромагнитную активность нейронов, возбуждающихся в определенных областях мозга, например, в области, отвечающей за движение руки. Сенсор преобразует эту активность в электрически заряженные сигналы, которые затем передаются на внешнее устройство и декодируются программным обеспечением. Декодер подключается к этим сигналам мозга и может использовать их для управления внешним устройством, таким как роботизированная рука, курсор компьютера или даже инвалидная коляска. По сути, BrainGate позволяет человеку управлять объектами в окружающем мире, используя лишь силу мысли. Помимо анализа паттернов нейронной активности в реальном времени для передачи движений, массив BrainGate также способен записывать электрические данные для последующего анализа. Эта функция может быть использована неврологом, например, для изучения паттернов приступов у пациента с эпилепсией.

История

BrainGate был первоначально разработан исследователями из отдела нейробиологии Университета Брауна в сотрудничестве с биотехнологической компанией Cyberkinetics, Inc. Cyberkinetics позже передала производство устройств компании Blackrock Microsystems, которая теперь производит датчики и аппаратное обеспечение для сбора данных. Компания BrainGate приобрела интеллектуальную собственность и связанные с ней технологии у Cyberkinetics и продолжает владеть интеллектуальной собственностью, относящейся к BrainGate. Процедура, проведенная в больнице Рэдклиффа, заключалась в имплантации массива в периферические нервы пациента для успешного восстановления как двигательной, так и сенсорной функций, то есть двунаправленной передачи сигналов. Последующее полномасштабное клиническое испытание BrainGate проводилось исследователями из Массачусетской больницы общего профиля, Университета Брауна и Управления по делам ветеранов США с 2004 по 2006 год, в котором приняли участие четыре пациента с тетраплегией. Результаты, опубликованные в 2006 году в журнале Nature, показали, что человек с тетраплегией смог управлять курсором на экране компьютера силой мысли, что позволило ему открывать электронную почту и управлять такими устройствами, как телевизор. У одного из участников, Мэтта Нейгла, была травма спинного мозга, а у другого – прогрессирующий боковой амиотрофический склероз (БАС). В июле 2009 года исследователи из Массачусетской больницы общего профиля, Университета Брауна и Провиденсского медицинского центра ветеранов начали второе клиническое испытание под названием "BrainGate2". В ноябре 2011 года к испытанию в качестве второго центра присоединились исследователи из Нейронной трансляционной лаборатории протезирования Стэнфордского университета. Это испытание продолжается. В мае 2012 года исследователи BrainGate опубликовали исследование в журнале Nature, в котором продемонстрировали, что два человека, парализованные в результате инсульта ствола мозга несколько лет назад, смогли управлять роботизированными руками для выполнения движений, направленных на захват предметов. Одна из участниц, Кэти Хатчинсон, смогла использовать руку, чтобы выпить кофе из бутылки, впервые за 15 лет сделав это самостоятельно. Это произошло непосредственно в Бостонском доме в Дорчестере, штат Массачусетс, специализированном учреждении, где проживала мисс Хатчинсон. В исследовании участвовали ученые из Университета Брауна, Управления по делам ветеранов, Массачусетской больницы, Гарвардской медицинской школы и Немецкого центра аэрокосмических исследований. Стэнфордский университет, Массачусетская больница, Университет Кейс-Уэстерн-Резерв (Огайо) и Медицинский центр Providence VA активно набирали участников для продолжающегося клинического испытания BrainGate2.

BrainGate was originally developed by researchers in the Department of Neuroscience at Brown University in conjunction with bio tech company Cyberkinetics, Inc. Cyberkinetics later spun off the device manufacturing to Blackrock Microsystems, who now manufactures the sensors and the data acquisition hardware. The BrainGate Company purchased the intellectual property and related technology from Cyberkinetics and continues to own the intellectual property related to BrainGate. The procedure, which was performed at the Radcliffe Infirmary, involved the implantation of the array in the peripheral nerves of the subject in order to successfully bring about both motor and sensory functionality, i. e. bi directional signalling. The subsequent full clinical trial of BrainGate was led by researchers at Massachusetts General Hospital, Brown University, and the United States Department of Veterans Affairs and ran from 2004 to 2006, involving the study of four patients with tetraplegia. The results, published in a 2006 article in the journal Nature, showed that a human with tetraplegia was able to control a cursor on a computer screen just by thinking, enabling him to open emails, and to operate devices such as a television. One participant, Matt Nagle, had a spinal cord injury, while another had advanced ALS. In July 2009, a second clinical trial, dubbed "BrainGate2", was initiated by researchers at Massachusetts General Hospital, Brown University, and the Providence VA. In November 2011, researchers from the Stanford University Neural Prosthetics Translational Laboratory joined the trial as a second site. This trial is ongoing. In May 2012, BrainGate researchers published a study in Nature demonstrating that two people paralyzed by brainstem stroke several years earlier were able to control robotic arms for reaching and grasping. One participant, Cathy Hutchinson, was able to use the arm to drink coffee from a bottle, the first time she was able to drink unaided in 15 years. This took place on site at The Boston Home in Dorchester, Massachusetts, a specialized residence where Ms. Hutchinson resided. The study included researchers at Brown University, the Department of Veterans Affairs, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, and the German Aerospace Center. , Stanford University, Massachusetts General Hospital, Case Western Reserve University (Ohio) and Providence VA Medical Center were actively recruiting participants for the ongoing BrainGate2 clinical trial.