Et nyt implantat til blinde mennesker går direkte ind i hjernen

Bernardeta Gómez har brillerne med kameraerne på, som hjalp hende med at genoprette synet.
Bernardeta Gómez har brillerne med kameraerne på. Desværre har hun ikke længere hjerneimplantatet, som stadig er en midlertidig anordning.

Russ Juskalian

Med dette identificerede Gómez loftslamper, bogstaver, grundlæggende former trykt på papir og mennesker. Hun spillede endda et simpelt Pac-Man-lignende computerspil, der blev sendt direkte ind i hendes hjerne. Fire dage om ugen i hele eksperimentets varighed blev Gómez ført til et laboratorium af sin seende mand og tilsluttet systemet.

Gómez’ første øjeblik med synet, i slutningen af 2018, var kulminationen på årtiers forskning af Eduardo Fernandez, direktør for neuroteknik på universitetet Miguel Hernandez i Elche, Spanien. Hans mål: at give synet tilbage til så mange som muligt af de 36 millioner blinde mennesker på verdensplan, der ønsker at se igen. Fernandez’ metode er særlig spændende, fordi den går uden om øjet og de optiske nerver.

Meget tidligere forskning har forsøgt at genskabe synet ved at skabe et kunstigt øje eller en kunstig nethinde. Det virkede, men langt de fleste blinde mennesker, som Gómez, har skader på det nervesystem, der forbinder nethinden med bagsiden af hjernen. Et kunstigt øje vil ikke løse deres blindhed. Derfor skiftede virksomheden Second Sight, som i 2015 fik godkendelse til at sælge et kunstigt nethinde i Europa i 2011 – og i USA i 2013 – til en sjælden sygdom kaldet retinitis pigmentosa, i 2015 to årtiers arbejde væk fra nethinden og over på cortex. (Second Sight siger, at lidt mere end 350 mennesker bruger deres Argus II-nethindesimplantat.)

Under et nyligt besøg, som jeg aflagde i det palmeprydede Elche, fortalte Fernandez mig, at fremskridt inden for implantatteknologi og en mere raffineret forståelse af det menneskelige visuelle system har givet ham selvtillid til at gå direkte til hjernen. “Informationen i nervesystemet er den samme information som i en elektrisk enhed”, siger han

Det er ambitiøst at genoprette synet ved at sende signaler direkte til hjernen. Men de underliggende principper er blevet anvendt i menneske-elektroniske implantater i den almindelige medicin i årtier. “Lige nu,” forklarer Fernandez, “har vi mange elektriske apparater, der interagerer med menneskekroppen. En af dem er pacemakeren. Og inden for det sensoriske system har vi cochlear-implantatet.”

Eduardo Fernandez
Eduardo Fernandez

Russ Juskalian

Denne sidstnævnte enhed er høreversionen af den protese, Fernandez byggede til Gómez: en ekstern mikrofon og et behandlingssystem, der sender et digitalt signal til et implantat i det indre øre. Implantatets elektroder sender strømimpulser ind i nærliggende nerver, som hjernen fortolker som lyd. Cochlear-implantatet, som blev installeret første gang hos en patient i 1961, gør det muligt for over en halv million mennesker rundt om i verden at føre samtaler som en normal del af hverdagen.

“Berna var vores første patient, men i løbet af de næste par år vil vi installere implantater hos fem andre blinde”, siger Fernandez, som kalder Gómez ved sit fornavn. “Vi havde lavet lignende eksperimenter på dyr, men en kat eller en abe kan ikke forklare, hvad den ser.”

Berna kunne.

Hendes eksperiment krævede mod. Det krævede en hjerneoperation på en ellers sund krop – altid en risikabel procedure – for at installere implantatet. Og så igen for at fjerne det seks måneder senere, da protesen ikke er godkendt til længerevarende brug.

Krampeanfald og fosfæer

Jeg hører Gómez, før jeg ser hende. Hendes stemme er den af en kvinde, der er omkring et årti yngre end sin alder. Hendes ord er afmålte, hendes kadence er perfekt jævn, og hendes tone er varm, selvsikker og stabil.

Når jeg endelig ser hende i laboratoriet, bemærker jeg, at Gómez kender rummets indretning så godt, at hun knap nok har brug for hjælp til at navigere i den lille gang og de tilknyttede rum. Da jeg går over for at hilse på hende, peger Gómez’ ansigt i første omgang i den forkerte retning, indtil jeg siger hej. Da jeg rækker ud for at give hende hånden, fører hendes mand hendes hånd ind i min.

Gómez er her for at få foretaget en MR-scanning af hjernen for at se, hvordan det ser ud et halvt år efter, at hun har fået fjernet sit implantat (det ser godt ud). Hun er også her for at møde en potentiel anden patient, som er i byen og er på værelset under mit besøg. På et tidspunkt under dette møde, hvor Fernandez forklarer, hvordan hardwaren er forbundet til kraniet, afbryder Gómez diskussionen, vipper fremad og placerer den potentielle patients hånd på bagsiden af hendes hoved, hvor der tidligere var et metaludtag. I dag er der stort set ingen spor af porten. Implantatoperationen var så begivenhedsløs, fortæller hun, at hun kom til laboratoriet allerede næste dag for at blive tilsluttet og begynde eksperimenterne. Hun har ikke haft problemer eller smerter siden.

Gómez var heldig. Den lange historie af eksperimenter, der førte til hendes vellykkede implantat, har en broget fortid. I 1929 opdagede en tysk neurolog ved navn Otfrid Foerster, at han kunne fremkalde en hvid prik i synet hos en patient, hvis han stak en elektrode ind i hjernens visuelle cortex, mens han foretog en operation. Han kaldte fænomenet for en fosfen. Siden da har videnskabsmænd og science fiction-forfattere forestillet sig potentialet for en kamera-til-computer-til-hjerne-visuel protese. Nogle forskere har endda bygget rudimentære systemer.

I begyndelsen af 2000’erne blev det hypotetiske en realitet, da en excentrisk biomedicinsk forsker ved navn William Dobelle installerede en sådan protese i hovedet på en forsøgspatient.

I 2002 huskede forfatteren Steven Kotler med rædsel, at han så Dobelle skrue op for strømmen, og en patient faldt til jorden og vred sig i et anfald. Årsagen var for meget stimulering med for meget strøm – noget, viser det sig, at hjerner ikke bryder sig om. Dobelles patienter havde også problemer med infektioner. Alligevel markedsførte Dobelle sit voluminøse apparat som værende næsten klar til daglig brug, komplet med en reklamevideo af en blind mand, der kører langsomt og usikkert på en lukket parkeringsplads. Da Dobelle døde i 2004, døde også hans proteser.

I modsætning til Dobelle, der proklamerede en kur for blinde, siger Fernandez næsten konstant ting som: “Jeg vil ikke gøre mig forhåbninger” og “Vi håber at have et system, som folk kan bruge, men lige nu udfører vi kun tidlige eksperimenter.”

Men Gómez kunne faktisk se.

Sømmet i sømmet

Hvis den grundlæggende idé bag Gómez’ syn – sæt et kamera i et videokabel ind i hjernen – er enkel, er detaljerne det ikke. Fernandez og hans team måtte først finde ud af kameradelen. Hvilken slags signal producerer en menneskelig nethinde? For at forsøge at besvare dette spørgsmål tager Fernandez menneskelige nethinder fra mennesker, der for nylig er døde, kobler nethinden til elektroder, eksponerer dem for lys og måler, hvad der rammer elektroderne. (Hans laboratorium har et tæt samarbejde med det lokale hospital, som nogle gange ringer midt om natten, når en organdonor dør. En menneskelig nethinde kan kun holdes i live i ca. syv timer). Hans team bruger også maskinlæring til at matche nethindens elektriske output til simple visuelle input, hvilket hjælper dem med at skrive software til at efterligne processen automatisk.

Det næste skridt er at tage dette signal og levere det til hjernen. I den protese, som Fernandez har bygget til Gómez, løber en kablet forbindelse til et almindeligt neuroimplantat, der er kendt som et Utah-array, som er lige mindre end den forhøjede spids på den positive ende af et AAA-batteri. Fra implantatet stikker 100 små elektrodepigge ud, som hver er omkring en millimeter høje – tilsammen ligner de en miniature sømkasse. Hver elektrode kan levere en strøm til mellem en og fire neuroner. Når implantatet indsættes, gennemborer elektroderne hjernens overflade; når det fjernes, dannes der 100 små bloddråber i hullerne.

Det implanterede array
Det implanterede array har 100 elektroder og ligner en lillebitte seng af negle.

Fernandez

Fernandez måtte kalibrere en elektrode ad gangen og sende den stadig stærkere strømme, indtil Gómez noterede, hvornår og hvor hun så en fosfære. Det tog mere end en måned at få alle 100 elektroder kalibreret.

“Fordelen ved vores fremgangsmåde er, at arrayets elektroder stikker ud i hjernen og sidder tæt på neuronerne”, siger Fernandez. Dette gør det muligt for implantatet at producere synet med en meget lavere elektrisk strøm end det var nødvendigt i Dobelles system, hvilket reducerer risikoen for anfald markant.

Den store ulempe ved protesen – og den primære årsag til, at Gómez ikke kunne beholde sin længere end seks måneder – er, at ingen ved, hvor længe elektroderne kan holde uden at nedbryde enten implantatet eller brugerens hjerne. “Kroppens immunsystem begynder at nedbryde elektroderne og omgive dem med arvæv, hvilket i sidste ende svækker signalet”, siger Fernandez. Der er også det problem, at elektroderne bøjer sig, når en person bevæger sig rundt. Ud fra forskning på dyr og et tidligt kig på det array, som Gómez brugte, formoder han, at den nuværende opsætning kan holde i to til tre år og måske op til 10 år, før den svigter. Fernandez håber, at et par mindre justeringer vil forlænge dette til et par årtier – en kritisk forudsætning for et stykke medicinsk hardware, der kræver invasiv hjernekirurgi.

Eventuelt skal protesen, ligesom et cochlear-implantat, overføre sit signal og strøm trådløst gennem kraniet for at nå elektroderne. Men indtil videre har hans team indtil videre ladet protesen være kablet til forsøg – det giver den største fleksibilitet til at opdatere hardwaren, før man lægger sig fast på et design.

Med 10 pixels gange 10 pixels, hvilket er omtrent den maksimale potentielle opløsning, som Gómez’ implantat kan gengive, kan man opfatte grundlæggende former som bogstaver, en dørkarm eller et fortov. Men konturerne af et ansigt, for slet ikke at tale om en person, er langt mere komplicerede. Derfor udvidede Fernandez sit system med billedgenkendelsessoftware til at identificere en person i et rum og sende et mønster af fosfæer til Gómez’ hjerne, som hun lærte at genkende.

Med 25 x 25 pixels, skriver Fernandez i et dias, som han ynder at præsentere, er “synet muligt”. Og fordi Utah-arrayet i sin nuværende form er så lille og kræver så lidt strøm at køre, siger Fernandez, at der ikke er nogen teknisk grund til, at hans team ikke kunne installere fire til seks på hver side af hjernen og tilbyde vision ved 60 x 60 pixels eller højere. Alligevel er der ingen, der ved, hvor meget input den menneskelige hjerne kan tage imod fra sådanne enheder uden at blive overvældet og vise det, der svarer til tv-sne.

Sådan ser det ud

prototypekamera med skærm
Fernandez og hans kandidatstuderende med en prototype af et kamera tilsluttet computeren.

Russ Juskalian

Gómez fortalte mig, at hun ville have beholdt implantatet installeret, hvis hun havde fået valget, og at hun vil være den første i køen, hvis der kommer en opdateret version. Når Fernandez er færdig med at analysere hendes array, har Gómez planer om at få det indrammet og hænge det op på væggen i hendes stue.

Tilbage i Fernandez’ laboratorium tilbyder han at koble mig til et ikke-invasivt apparat, som han bruger til at screene patienter.

Siddende i den samme læderstol, som Gómez sad i under sidste års gennembrudseksperiment, venter jeg, mens en neurolog holder en stav med to ringe mod siden af mit hoved. Apparatet, der kaldes en butterfly-spole, er forbundet til en boks, der ophidser neuroner i hjernen med en kraftig elektromagnetisk impuls – et fænomen, der kaldes transkraniel magnetisk stimulation. Den første stød føles, som om nogen giver mig et chok i hovedbunden. Mine fingre krøller sig ufrivilligt sammen i mine håndflader. “Se, det virkede!” siger Fernandez og griner. “Det var din motoriske cortex. Nu vil vi prøve at give dig nogle fosfæer.”

Neurologen omplacerer staven og indstiller maskinen til en hurtig serie af impulser. Denne gang, da hun affyrer, mærker jeg et intenst zzp-zzp-zzp-zzp, som om nogen brugte bagsiden af mit kranie som dørklokke. Så, selv om mine øjne er vidt åbne, ser jeg noget: en lys horisontal linje blinker hen over midten af mit synsfelt, sammen med to flimrende trekanter fyldt med noget, der ligner tv-sne. Synet forsvinder lige så hurtigt, som det kom, og efterlader et kort efterglød.

“Det ligner det, Berna kunne se,” siger Fernandez. Bortset fra at hendes “syn” af verden var stabilt, så længe signalet blev overført til hendes hjerne. Hun kunne også dreje hovedet og med sine briller på, se sig omkring i rummet. Det, jeg havde set, var blot interne fantomer fra en elektrisk ophidset hjerne. Gómez kunne faktisk række ud og røre ved den verden, hun så på, for første gang i 16 år.

{{{creditRemaining}} gratis historier tilbage
1 gratis historie tilbage
Dette er din sidste gratis historie.

Tilmeld digAbonner nu