Протезы, управлять которыми можно силой мысли, перестали быть фантастикой — на Западе это часть повседневной жизни.
Первый удар по мячу на открытии чемпионата мира по футболу в Бразилии в 2014 году должен сделать парализованный человек. Еще десятилетие назад подобное казалось немыслимым, но теперь экзоскелет, напрямую подключенный к кибернетическим имплантатам в мозгу, дает такую возможность.
Этим жестом Бразилия, которая потратила на подготовку футбольного чемпионата $ 3,2 млрд и намерена вложить еще столько же, хочет показать свою готовность войти в когорту не только экономически развитых стран. Символичный удар по мячу должен продемонстрировать, что огромные затраты страны в науку окупились и начали приносить фактический результат.
По мнению бразильского нейрохирурга Мигеля Николелиса из Университета Дьюка, его страна находится на пороге огромных открытий в бионическом протезировании. “У нас сошлись и политическая воля, и частные инвестиции — и поэтому вскоре мы сможем делать кибернетические протезы массово”, — говорит ученый Корреспонденту.
Конечно, Бразилия пока не стоит на самом острие бионического прогресса. Тут главную роль играют США и ЕС, потратившие за последние десять лет на исследования в области мозга и совместимости человека с машиной более $ 20 млрд.
Так, Американское агентство передовых исследовательских проектов (DARPA), подконтрольное министерству обороны, в начале марта презентовало протез руки, которым человек может не только управлять с помощью мыслей, но и осязать. На ладони размещено несколько сотен сенсоров, передающих прямо в мозг информацию о температуре, плотности и даже текстуре объекта.
Как сообщили Корреспонденту разработчики этого протеза, пока он не поступил в серийное производство, но когда пройдут испытания на добровольцах, протез можно будет купить примерно за $ 100 тыс. Это должно произойти к 2016 году.
Эксперты утверждают, что за несколько лет киборгизация прошла путь от фантастики до вполне реальных проектов, которые начали реализовывать частные компании. В итоге уже очень скоро люди, потерявшие конечности, смогут заменить их на вполне функциональные киберпротезы.
Запрос войны
“Идею протезов, подключенных к мозгу, мы разрабатывали достаточно давно. Но только теракты 11 сентября и войны в Афганистане и Ираке сделали ее такой актуальной”, — отмечает ведущий исследователь DARPA Майкл Маклахлин.
По его словам, в результате военных операций на Ближнем Востоке в США домой вернулись более 5 тыс. раненых, причем 1.500 из них потеряли конечности в бою. Согласно отчету исследовательской службы Пентагона, высокий процент ампутантов связан с тем, что это были во многом партизанские кампании и особенно много солдат подрывались на противопехотных минах.
США впервые со времен войны во Вьетнаме столкнулись с таким количеством военных-инвалидов, и потому идея киберпротезирования стала попыткой облегчить им жизнь.
Впрочем, запустила программу еще администрация Джорджа Буша-младшего. Тогда система представлялась довольно простой — обеспечить подключение протеза с помощью микропроцессоров прямо к мозгу или к сети нервных окончаний. На это в Белом доме не жалели средств, вложив в проект более $ 300 млн.
Однако с началом экономических проблем в США объем финансирования значительно сократился. Маклахлин говорит, что в 2009 году протезы с высокой степенью мобильности уже были готовы к испытаниям, но затем средства урезали, и проект закрылся.
“Тем более, нам не хватало доскональной карты человеческого мозга, чтобы узнать, куда именно подключать электроды”, — добавляет эксперт. В 2010-м в DARPA заявили, что пока сворачивают программы бионического протезирования для инвалидов Афганистана и Ирака.
Казалось, долгая борьба США с кризисом похоронит этот проект, как и многие другие перспективные разработки. Но через несколько лет частный бизнес пришел в эту сферу и стал усиленно развивать исследования.
С 2012-го частные компании инвестировали в протезирование $ 1,4 млрд. Видя такую инициативу, президент США Барак Обама заявил о возрождении идеи полномасштабного картирования мозга — создания развернутой схемы всех нейронов и соединений.
В апреле прошлого года в Белом доме состоялась презентация новой программы BRAIN Initiative с бюджетом в $ 300 млн в год на следующие десять лет. В то же время появилось несколько десятков компаний, которые специализируются на производстве таких протезов. В итоге к 2014 году развитые страны оказались готовы к прорыву в бионике.
Карты и импульсы
По последней информации Ассоциации нейробиологов США, человеческий мозг содержит приблизительно 80 млрд нейронов, соединенных друг с другом. В связи с этим создать хотя бы приблизительную карту мозга невероятно сложно. Тем не менее уже более десяти лет ученые в США и Европе пытаются сделать это.
“Это нужно, чтобы узнать, какие участки мозга отвечают за определенные процессы в организме. Где хранится наша память или душа”, — поясняет Адам Гезли из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
Сейчас наиболее привлекательным для картирования является метод, когда с помощью особенно точного МРТ определяется передвижение молекул воды в клетках мозга, для того чтобы увидеть в нем самые маленькие связи.
Если метод окажется успешным, то вскоре ученые получат точное представление о микроструктурах мозга. Гезли полагает, что для этого потребуется не меньше двух-трех лет. Хотя в 2011 году многие эксперты заявляли, что сама идея картирования мозга — утопия. Теперь об этом говорят спокойно и ждут первых испытаний новых карт.
Для киберпротезов картирование мозга важно тем, что позволяет определить, какие импульсы должен получать человек, чтобы двигать рукой или ногой. Сейчас, по утверждению Отто Бока, чья компания Bionic Industries занимается выпуском таких протезов, есть один способ присоединения искусственных рук людям.
Он заключается во вживлении сверхчувствительных электродов с компьютерным управлением в определенный отдел мозга человека. В случае замены конечностей сейчас эти части вживляют в центральную извилину мозга, которая отвечает за моторику организма. Если человек хочет пошевелить рукой, то импульс от нейронов передается на микрокомпьютер, находящийся в протезе.
Система имеет и обратную связь — в современных протезах сенсоры могут передавать импульсное возмущение в мозг, тем самым давая человеку чувствовать неживую руку. Также часть датчиков закреплена в мускулах плеча и груди, что дает возможность двигать ими одновременно.
“Конечно, это пока не новая рука. Она медленная и не такая ловкая, так как в ней в сотни раз меньше рецепторов”, — говорит Корреспонденту Эндрю Шварц из Питтсбургского университета.
По его мнению, существует также проблема, что обратная связь приносит человеку неприятные ощущения, так как электронные импульсы от датчиков не очень похожи на переданные по живым нервам сигналы. Но ученый полагает, что после некоторой калибровки ситуация может измениться, причем это — дело считаных месяцев.
Следующим шагом после “чувствующей руки” может стать искусственный глаз, который будет передавать изображение прямо в мозг. Как считает Дэниел Моран, глава Moran Lab в Вашингтонском университете, пока это кажется маловероятным, но ситуация в картировании мозга и системе передачи импульсов стремительно меняется.
“Пока мы только на этапе разработки киберглаза, но если все удастся, то его тестирование начнется в 2016 году”, — говорит эксперт. Он отмечает, что сейчас один такой глаз может стоить $ 1-2 млн, но цена может упасть, так как технологии будут совершенствоваться.
Что касается киберпротезов, то в ЕС уже сейчас несколько компаний начали производить искусственные руки и ноги, которые могут быть подключены к мозгу и управляться мыслями.
Морана называет общую стоимость операции по вживлению датчиков и калибровке протеза: до $ 150 тыс. В дальнейшем эта цена будет только снижаться, и вскоре кибернетические руки перестанут быть диковинкой.
***
Этот материал опубликован в №12 журнала Корреспондент от 28 марта 2014 года. Перепечатка публикаций журнала Корреспондент в полном объеме запрещена. С правилами использования материалов журнала Корреспондент, опубликованных на сайте Корреспондент.net, можно ознакомиться здесь.