Леденец brainport позволяет слепым видеть языком
Мозг – живой инструмент, способный гибко перестраивать свою работу при травмах, например, «обучив заново» какой-то функции другой участок коры взамен повреждённого. Возникшая на фоне этого идея одного американского учёного спустя сорок с лишним лет помогает вернуться к полноценной жизни людям, лишившимся света дня.
Гибкость нейронной сети человека, однажды восхитившая доктора Пола Бачирита (Paul Bach-y-Rita) из университета Висконсина в Мэдисоне (University of Wisconsin-Madison), постепенно стала главной темой его жизни. Бачирита не просто изучал этот вопрос, но и задался, на первый взгляд, фантастической целью: как можно на практике транслировать в кору мозга внешний видеосигнал, чтобы ослепший человек вновь начал видеть?
Cложно передать радость Эрика Вайенмайера (на снимке), когда после двадцати лет в абсолютной темноте он попал к доктору Бачирите и уже через час взаимодействия с прибором смог пройти через дверной проём, а позже и вовсе перехватить катящийся по полу мяч (фото University of Wisconsin-Madison).
Невролог поразил учёный мир тем, что вышел за пределы эскизов и графиков и воплотил свои размышления в виде экспериментального «машинно-мозгового интерфейса», ключевым элементом которого был «языковой дисплей» (Tongue Display Unit — TDU), прототип нынешнего устройства. TDU обладал уже несколькими десятками электродов, которые создавали слабое покалывание на языке сообразно яркости пикселей на картинке, снимаемой видеокамерой.
Само собой, мы подробнейшим образом осветили изобретение – было это в 2004 году, ещё при жизни доктора Бачириты.
В том же материале описывался случай Эрика Вайенмайера (Erik Weihenmayer) – довольно известной персоны, которой полученный в 13 лет диагноз «слепота» не помешал стать первым незрячим, покорившим 25 мая 2001 года Эверест.
История продолжилась следующим образом: в 2009 году университет Висконсина в Мэдисоне объявил о выходе в свет нового устройства, развивающего идеи «языкового дисплея», – оно получило название BrainPort.
Доктор Пол Бачирита (1934-2006) ещё в конце 1960-х начал проводить эксперименты с визуальным восприятием через тактильный контакт (фото с сайта lumen.nu/University of Wisconsin-Madison).
Приуроченный к релизу видеосюжет показывает, как прибор позволяет Эрику вести самую нормальную жизнь, включая альпинистские упражнения и игру в «камень-ножницы-бумага» с дочкой.
BrainPort работает по такому алгоритму: видеосигнал поступает от камеры в процессор, который управляет зумом, яркостью и другими параметрами картинки. Он также преобразует цифровые сигналы в электрические импульсы, фактически принимая на себя функции сетчатки.
BrainPort состоит из миниатюрной видеокамеры, закреплённой в районе лба, помещающегося в руке процессора и так называемого леденца – небольшой решётки из электродов, накладывающейся на язык (фото Wicab).
Затем данные направляются на поверхность языка, к «леденцу» — массиву электродов площадью 9 см2, каждый из которых соответствует сразу нескольким пикселям в камере. Число электродов в нынешних прототипах составляет от 100 до 600 с небольшим штук. Интенсивность же света напрямую влияет на силу тока и длительность электрических сигналов, которые ощущает язык.
Также электродная решётка обеспечивает пространственную ориентацию, то есть вспышка в центре зрительного поля отобразится в виде импульса в середине решётки. Ещё одно видео, демонстрирующее различные нюансы использования «Брейнпорта», сняла команда CBS News.
Как уверяют разработчики, нужно «лишь научиться использовать» это устройство, подобно тому как впервые учатся ездить на велосипеде. Скептики утверждают, что для реального приобретения навыков нового зрения с помощью «Брейнпорта» требуются далеко не дни и даже не месяцы — впрочем, это в любом случае не срок для людей, обречённых иначе всю жизнь прозябать в темноте.
Белые точки передаются высоким уровнем электрического сигнала, чёрные – отсутствием напряжения. Усеивающие язык нервные окончания воспринимают эти импульсы, по описанию добровольцев, подобно пузырькам шампанского.
Как дело обстоит дальше – в визуальную или соматосенсорную область коры поступают данные – остаётся пока неясным.В любом случае через 15 минут (по утверждению представителей Wicab) с начала использования «Брейнпорта» незрячие пациенты начинают воспринимать пространственную информацию и понемногу ориентироваться (фото Daily Contributor).
BrainPort пока ещё недоступен для широкой продажи и распространяется только в рамках некоторых гуманитарных программ, но при желании через сайт можно связаться с Wicab и убедить их в своём намерении посодействовать испытаниям прибора. Там же есть информация и о другом ноу-хау компании – BrainPort Balance, предназначенном для пациентов с хроническим нарушением равновесия.
Так современная техника помогает нам оценить чудесную способность мозга к «самопочинке». Поступающие извне сигналы обрабатываются в различных отделах коры в зависимости от типа сенсорной системы-передатчика. Это запечатлено и в названиях зон неокортекса: зрительная кора, слуховая кора и так далее.
При повреждении глаз информация перестает поступать в соответствующие центры, и человек лишается зрения, несмотря на работоспособность ответственного за это отдела коры. Но если зрительные сигналы приходят посредством другой сенсорной системы – то, как нам демонстрирует BrainPort, слепые прозревают (кстати, недавно было установлено, что слепые активно задействуют визуальную кору для слуха).
Один из последних широко растиражированных прессой примеров успешного применения технологии – случай ефрейтора Крейга Лундберга (Craig Lundberg), 24-летнего уроженца Ливерпуля, потерявшего зрение в результате взрыва гранаты в Ираке 22 марта 2007 года. Британские военные хирурги отвезли Лундберга в Штаты для дальнейшего обучения использованию устройства BrainPort. Оно сейчас продолжает совершенствоваться в рамках программы по реабилитации ослепших ветеранов группой разработчиков во главе с бывшим генерал-майором армии США Гейл Поллок (Gale Pollock, свои цели она излагает в этом видеоролике).Тем не менее недоверчивый экс-ефрейтор до сих пор больше полагается на своего пса-поводыря Гюго, которого очень любит. «BrainPort просто является средством обеспечения моей мобильности, а не решением всех проблем иnb
Пусть разрешение монохромного поля зрения, обеспечиваемого новым устройством, и ограничено числом электродов, в любом случае приговорённые к слепоте люди видят не пятна, а предметы – и снова могут совершить привычные действия: налить кофе, нажать кнопку лифта, прочесть надпись на стене.
Язык в качестве «протеза глаз» поначалу кажется экзотическим выбором, но это не каприз исследователей. Слюна отлично проводит электрические импульсы, а нервные волокна в языке расположены очень близко к поверхности. Можно сказать, язык практически идеален для зрения — после глаз.
