Швейцарские ученые смогли вернуть способность ходить обезьянам с повреждениями спинного мозга. Правда, пока обезьяны могут ходить только по беговой дорожке. Для этого ученые использовали электронную беспроводную систему, передающую сигналы из головного мозга в нижние отделы спинного мозга в обход поврежденного участка.
Глава группы, Грегуар Куртен (Grégoire Courtine), все время, пока длились исследования, был вынужден летать из Швейцарии в Китай и обратно. Дело в том, что получить разрешение проводить эксперименты на животных в Западной Европе и США гораздо сложнее, чем в Китае. И чем выше животное стоит на эволюционной лестнице, тем сложнее. Однако после того как ученые достигли успеха в Китае и опубликовали свои результаты в журнале Nature, им удалось получить разрешение на аналогичные эксперименты в Европе, и им выделили пять обезьян.
Паралич нижней части тела (ниже места повреждения) при травмах спинного мозга возникает из-за того, что электрические сигналы от головного мозга физически не могут преодолеть место разрыва. При этом головной мозг не теряет способности генерировать такие сигналы (это могло бы произойти, например, при инсульте), а мышцы не теряют способности сокращаться (как это могло бы возникнуть, например, при миодистрофии). Повреждения такого рода кажутся относительно легко устранимыми, поэтому область исследований быстро развивается и в ней уже достигнуты определенные успехи.
Предложенное исследователями устройство состоит из трех элементов: микрочипа, имплантируемого в головной мозг, генератора электрических импульсов, имплантируемого в поясничный отдел спинного места ниже места повреждения, и преобразователя.
Илл.: A. Jackson/Nature
Сигнал от управляющей движением области головного мозга нельзя передать в нижнюю часть спинного мозга напрямую – соответствующие паттерны активности в головном мозге очень сложны и задействуют множество нейронов. Поэтому в цепь между головным мозгом и поясничным отделом спинного включен компьютерный преобразователь, и это самое тонкое место исследования. Дело в том, что схемы для преобразования активности головного мозга в мышечную активность индивидуальны и для каждого животного получались до повреждения спинного мозга. Фактически, потом преобразователь просто узнавал паттерн мозговой активности и воспроизводит соответствующий паттерн в поясничном отделе. Очевидно, что для терапии пострадавших людей это невозможно: никто не может знать заранее, получит ли он травму. Но именно такие индивидуальные схемы помогали подопытным обезьянам удерживать долгое время свой собственный вес и сохранить более-менее естественную походку.
Другое относительно слабое место, которое со временем, возможно, будет устранено, заключается в том, что для нормальной ходьбы важны не только сигналы, посылаемые к ногам от головного мозга, но и сигналы, идущие в обратном направлении: от ног к головному мозгу. Но пока сигналы идут только в одну сторону, обезьяны ходят только по ровной и гладкой беговой дорожке.
Больше успехов пока было достигнуто в конструировании подобных систем для управления руками, чем ногами. Парализованные люди благодаря им могли управлять роботизированной рукой или собственными руками налить себе воды в стакан и поиграть в видеоигру. Также, например, в одной работе описано возвращение тактильного восприятия к парализованному человеку. На первый взгляд это кажется удивительным, потому что мозговые сигналы, управляющие движениями рук, как и сами движения, намного сложнее, чем сигналы, управляющие ногами и движения ног. Правда, однако, заключается в том, и на это указывает сам автор исследования, что в экспериментах с руками подойдет любой, даже небольшой успех, а для успеха экспериментов с ногами непременно надо, чтобы больной начал ходить, а не только шевелить пальцами.
В лозаннской больнице уже начались клинические испытания слегка упрощенного устройства на людях. Им имплантировали генераторы электрических импульсов в нижнюю часть спинного мозга, но пришлось обойтись без имплантации электронных чипов в мозг, так что процесс управляется извне. Скорее всего, для того, чтобы удерживать свой собственный вес, ходящему на двух ногах человеку в отличие от четвероногой обезьяны понадобится еще и экзоскелет.
