Na první pohled to vypadá jako zázrak. Laboratorní potkani mají přerušenou míchu, ztratili cit v nohách, a přesto běhají – dopředu i pozpátku, pomalu i rychle, rovně i do zatáčky. Jak se vědcům zachce. Z vlastního popudu se potkani rozběhnout nedokážou. Jejich nohám nevelí mozek, ale elektronické zařízení. Lidem, kteří ochrnuli po úrazu míchy, svitla další naděje, že jednou budou zase chodit.
Běh zvládli, rovnováha chyběla Mezinárodní tým švýcarských, ruských a amerických vědců pod vedením Gregoira Courtinea z curyšské univerzity nezačínal pokusy s potkany na zelené louce. Odborníci věděli, že podrážení míchy jen kousek pod přerušeným místem dokáže uvést do činnosti svaly končetin. Při správném „vzoru“ podráždění jsou uvedeny do činnosti nervové obvody v míše, které zajistí prakticky normální chůzi.
Z dřívějších pokusů bylo známo, že nervovým obvodům míchy svědčí účinek signální molekuly serotoninu. Žádné z těchto ošetření ale nedokázala uvést končetiny do takového stavu, aby unesly tíhu těla.
Courtine a jeho spolupracovníci se rozhodli účinek elektrických stimulů a serotoninu zkombinovat. Výsledek předčil očekávání. Po několika týdnech tréninku byli potkani navzdory přerušené míše schopni běhat po pohyblivém pásu. Nedokážou však udržet rovnováhu, protože k tomu je nezbytná činnost mozku. Povely z mozku se přes přerušené místo míchy ke končetinám nedostanou. Při běhu musí za zvířata udržovat rovnováhu zvláštní rameno. Od pokusů na laboratorních potkanech k léčbě úrazů míchy u člověka je hodně daleko. Courtine však předpokládá, že cesta ke zdolání tohoto problému je otevřená. Stávající postup by dovolil lidem jen „mechanickou“ chůzi. S čipem dráždící nervové obvody míchy by například nedokázali překročit překážku. K tomu by se musel zapojit do akce mozek a vyslat svalům nohou příslušné povely.
Skeptici poukazují na fakt, že se mícha potkanů a lidí svým uspořádáním významně liší a že přenos poznatků z laboratoře do humánní medicíny bude ještě hodně komplikovaný. Naštěstí nejsou výsledky týmu Gregoira Courtinea jediným želízkem v ohni.
Ochromená ruka se hýbe V laboratoři Eberharda Fetze na University of Washington v americkém Seattlu zkoušejí vědci propojit bezvládnou končetinu přímo s mozkem. Pokusným opicím nejprve na přechodnou dobu ochromí horní končetinu injekcí anestetika, které brání nervovému vzruchu v cestě z mozku ke svalům ovládajícím zápěstí. Nervy vyřazené z činnosti nahradí „elektronickou objížďkou“. Tvoří ji elektrody snímající nervové vzruchy z centra mozku řídícího pohyb ruky a dekódovací zařízení napojené na elektrody dráždící svaly na ruce.
Snímací elektrody registrují impulzy v mozku, který se zoufale snaží pohnout bezvládnou rukou. Dekodér vyčte z řeči elektrických potenciálů „přání“ opičího mozku a „přeloží“ je do řeči elektronických stimulů. Elektrody pak dráždí svaly tak, aby výsledný efekt co nejvíce odpovídal původnímu záměru zvířete. Je to náročný úkol a výsledek má zatím k dokonalosti daleko.
V mozkovém centru jsou neustále uváděny do činnosti tisíce a tisíce neuronů, z nichž jen některé mají co do činění se zamýšleným pohybem končetiny. Oddělení informačního šumu od skutečných povelů staví dekodér před zapeklitý úkol.
Také přímé dráždění svalů elektrodami představuje nouzové řešení. Ke stahu svalových vláken jsou zapotřebí poměrně silné elektrické stimuly a výslednou akci svalu nelze spolehlivě kontrolovat. Souhra svalů není náležitě vyladěná a svaly nepracují tak dokonale, jako když je přímo řídí mozek.
Odborníci proto chtějí v co největší míře využít zachovalá nervová vlákna. Courtineovi potkani jsou názornou ukázkou takového přístupu. Čip, který by řídil pohyb končetin bez pomoci mozku jen na úrovni nervových obvodů míchy, má celou řadu výhod. Jeho činnost je poměrně jednoduchá, protože část úloh za něj přebírá mícha. To dovoluje zvýšení spolehlivosti čipů a snížení spotřeby energie nutné pro jejich provoz.
Řešení má však i své slabiny. Umožňuje víceméně jen rutinní pohyby, jako je mechanická chůze. Lidé pohybující se pomocí „míšního čipu“ by museli k udržení rovnováhy při chůzi využívat nejrůznější pomůcky, například „chodítka“, berle či hole.
Pro řízení pohybu rukou, kde je i pro jednoduché činnosti nutná přesná koordinace a prostorová orientace, se ale „míšní čipy“ nehodí. K tomu bude nutné zajistit propojení končetiny s mozkem. Spojení musí fungovat obousměrně. Nestačí, aby mozek velel ruce. Zdravá končetina dodává mozku informace o své poloze, o hmatových vjemech a mnoho dalších signálů.
Momentálně se vědci snaží nahradit hmatové a další vjemy signálem z nejrůznějších umělých senzorů. Nabízí se však elegantnější řešení, kdy čip „přijme“ signály přicházející z končetiny, například poplašný vzruch z teplotních čidel, a přes „elektronickou výhybku“ jej pošle do příslušného mozkového centra. To vydá příkaz ruce k ucuknutí, jež ochrání prsty před popálením. Při prvních experimentech na tomto poli dodali vědci potkanům do mozku vzruchy, které poměrně přesvědčivě imitovaly vjemy vznikající podrážděním hmatových vousů na čumáku zvířete.
Bezpečnost na prvním místě Čipy musí být spolehlivé a bezpečné. Důležitý je už výběr vhodných materiálů. Neurony mozku jsou velice choulostivé a při kontaktu s některými materiály masově hynou. Vědci se snaží neuronům jejich obtížnou situaci ulehčit tím, že do čipů zanášejí látky označované jako růstové faktory. Jejich postupné uvolňování z čipu zajistí okolním neuronům zvýšenou odolnost a přežití v dobré kondici.
Technici se potýkají s problémem napájení. Některé čipy by snad mohly být poháněny energií z akumulátorů, které jsou mimo tělo pacienta a s čipem je spojuje vodič.
Pokračování na straně 30
Čip přemostil míchu
Dokončení ze strany 29
Pro čipy uložené v mozku je však toto řešení nevhodné. Vědci upínají naděje k miniaturním akumulátorům, které budou vpraveny do mozku spolu s čipem a nabíjeny na dálku.
Vědci neopomíjejí ani otázku zabezpečení mozkových čipů před případnými hackery. Nedávno se ukázalo, že se do kardiostimulátorů a srdečních defibrilátorů voperovaných do srdce lze „vloupat“. Hacker k tomu může zneužít bezdrátovou komunikaci, jejímž prostřednictvím lékaři na dálku pacientům „ladí“ chod těchto životně důležitých zařízení. Ochrana čipů zabudovaných v mozku či míše bude podstatně komplikovanější než ochrana kardiostimulátoru, protože čipy budou bezdrátově komunikovat s celou řadou zařízení. Čím složitější systém je, tím je i zranitelnější vůči útoku hackerů.
Lékaři přiznávají, že dnes nelze se stoprocentní jistotou garantovat ani ochranu kardiostimulátorů a defibrilátorů. Ztráta kontroly nad čipem ovládajícím tělo by mohla mít pro postiženého člověka tragické následky. Určení zodpovědnosti za neštěstí či havárii, které by člověk v tomto stavu způsobil, by představovalo komplikovaný etický i právní problém.
Obrázek
Ochrnutí potkani se rozběhli
Vědci vedení Gregoirem Courtinem z curyšské univerzity zkombinovali účinek elektrických impulzů a serotoninu – látky, jež funguje jako chemický posel. Díky tomu se jim podařilo rozpohybovat potkany, kterým nejdříve přerušili míchu.
Vědci zavedli miniaturní elektrody do potkaní míchy
rameno
páteř
kyčel
pohyblivý pás
koleno
kotník chodidlo prst
Zvířata běhala po pohyblivém páse. Kvůli přerušenému kontaktu s mozkem však potkani nedokázali udržet rovnováhu. Proto byli během experimentu uchyceni ve speciálním rameni.
dvojice elektrod
mícha
Mozkový čip BrainGate o rozměrech 2 x 2 mm snímá signál svými elektrodami - jehličkami - elektrické signály z mozku a předává je počítači, jenž je po vyhodnocení převede do impulzů
Zachycenými impulzy může ochrnutý člověk například ovládat robotickou paži
kurzor ovládaný myšlenkou
Podráždění míchy elektrodami jen malý kousek nad přerušeným místem pomalu rozpohybovalo svaly
Potkan, upevněný v rameni nakročil...
... zvedl nohu, nejdříve nejistě
... a nakonec se rozběhl
Takto probíhaly klinické zkoušky s ochrnutými dobrovolníky
První klinické zkoušky zařízení BrainGate přinesly úspěch i neúspěch: jednomu ochrnutému pacientovi umožnily poměrně pohodlnou práci s počítačem (tedy pod dohledem houfu techniků a na komplikovaném zařízení), druhému ale nepomohly vůbec.
ZDROJ: NATURE NEUROSCIENCE
