Egy új implantátum vakok számára közvetlenül az agyba csatlakozik

Bernardeta Gómez viseli a kamerás szemüveget, amely segített helyreállítani a látását.
Bernardeta Gómez viseli a kamerás szemüveget. Sajnos már nincs nála az agyi implantátum, ami egyelőre ideiglenes eszköz.”

Russ Juskalian

Azzal, hogy ezt használta, Gómez azonosította a mennyezeti lámpákat, a betűket, a papírra nyomtatott alapformákat és az embereket. Még egy egyszerű Pac-Man-szerű számítógépes játékot is játszott, amelyet közvetlenül az agyába tápláltak. A kísérlet időtartama alatt heti négy napon Gómezt látó férje vezette be egy laboratóriumba, és kapcsolta be a rendszerbe.

Gómez első látó pillanata 2018 végén Eduardo Fernandez, a spanyolországi Elchében található Miguel Hernandez Egyetem neuromérnöki részlegének igazgatója több évtizedes kutatásának csúcspontja volt. Célja: a világ 36 millió vak embere közül minél többnek visszaadni a látást, akik szeretnének újra látni. Fernandez megközelítése azért különösen izgalmas, mert megkerüli a szemet és az optikai idegeket.

Sok korábbi kutatás próbálta a látást mesterséges szem vagy retina létrehozásával helyreállítani. Ez működött, de a Gómezhez hasonló vakok túlnyomó többségének a retinát az agy hátsó részével összekötő idegrendszer sérült. A mesterséges szem nem oldja meg a vakságukat. Ezért 2015-ben a Second Sight vállalat, amely 2011-ben Európában – és 2013-ban az Egyesült Államokban – engedélyt kapott egy mesterséges retina értékesítésére a retinitis pigmentosa nevű ritka betegségre, két évtizedes munkáját a retináról az agykéregre helyezte át. (A Second Sight szerint valamivel több mint 350 ember használja Argus II retinaimplantátumát.)

A pálmafákkal borított Elche városában tett nemrégiben tett látogatásom során Fernandez elmondta, hogy az implantátum-technológia fejlődése és az emberi látórendszer finomabb megértése bizalmat adott neki ahhoz, hogy egyenesen az agyba menjen. “Az idegrendszerben lévő információ ugyanaz az információ, mint ami egy elektromos eszközben van” – mondja

A látás visszaállítása a jelek közvetlen agyba történő továbbításával ambiciózus. De az alapelveket már évtizedek óta használják az emberi elektronikai implantátumokban a mainstream orvostudományban. “Jelenleg” – magyarázza Fernandez – “számos elektromos eszközünk van, amelyek kölcsönhatásba lépnek az emberi testtel. Az egyik ilyen a pacemaker. Az érzékelő rendszerben pedig ott van a cochleáris implantátum.”

Eduardo Fernandez
Eduardo Fernandez

Russ Juskalian

Ez utóbbi eszköz a Fernandez által Gómez számára épített protézis halló változata: egy külső mikrofon és feldolgozó rendszer, amely digitális jelet továbbít a belső fülben lévő implantátumba. Az implantátum elektródái áramimpulzusokat küldenek a közeli idegekbe, amelyeket az agy hangként értelmez. A cochleáris implantátum, amelyet először 1961-ben ültettek be egy betegbe, világszerte több mint félmillió ember számára teszi lehetővé, hogy a mindennapi élet normális részeként beszélgessenek.

“Berna volt az első betegünk, de a következő néhány évben további öt vak emberbe ültetünk be implantátumot” – mondja Fernandez, aki Gómezt a keresztnevén szólítja. “Hasonló kísérleteket végeztünk állatokon, de egy macska vagy egy majom nem tudja megmagyarázni, hogy mit lát.”

Bernának sikerült.

A kísérletéhez bátorság kellett. Az implantátum beültetéséhez agyműtétre volt szükség egy egyébként egészséges testen – ami mindig kockázatos eljárás. Aztán hat hónappal később újra, hogy eltávolítsák, mivel a protézist nem engedélyezték hosszabb távú használatra.

Rángások és foszfének

Hallom Gómezt, mielőtt látnám. Az ő hangja egy koránál körülbelül egy évtizeddel fiatalabb nőé. A szavai kimértek, a ritmusa tökéletesen egyenletes, a hangszíne meleg, magabiztos és egyenletes.

Amikor végre meglátom őt a laborban, észreveszem, hogy Gómez olyan jól ismeri a helyiség elrendezését, hogy alig van szüksége segítségre a kis folyosón és a hozzá tartozó szobákban való eligazodáshoz. Amikor odasétálok hozzá, hogy üdvözöljem, Gómez arca eleinte rossz irányba mutat, amíg nem köszönök neki. Amikor kinyújtom a kezem, hogy kezet rázzak vele, a férje az enyémbe vezeti a kezét.

Gómez egy agyi MRI miatt van itt, hogy megnézze, hogyan állnak a dolgok fél évvel az implantátum eltávolítása után (jól állnak). Azért is itt van, hogy találkozzon egy potenciális második pácienssel, aki a városban van, és a látogatásom alatt a szobában van. A találkozó egy pontján, amikor Fernandez elmagyarázza, hogyan csatlakozik a hardver a koponyához, Gómez megszakítja a beszélgetést, előrebillen, és az érdeklődő kezét a tarkójára helyezi, ahol korábban egy fémkivezetés volt. Ma már gyakorlatilag semmi nyoma a nyílásnak. Az implantációs műtét olyannyira eseménytelenül zajlott, mondja, hogy már másnap bejött a laborba, hogy csatlakoztassa magát, és elkezdje a kísérleteket. Azóta sem voltak problémái vagy fájdalmai.

Gómez szerencsés volt. Az ő sikeres beültetéséhez vezető kísérletek hosszú története kockás múltra tekint vissza. 1929-ben egy Otfrid Foerster nevű német neurológus felfedezte, hogy ki tud váltani egy fehér pontot egy beteg látásában, ha műtét közben egy elektródát szúr az agy látókéregébe. A jelenséget foszfénnek nevezte el. A tudósok és sci-fi szerzők azóta elképzelik egy kamera-számítógép-agy vizuális protézis lehetőségét. Néhány kutató még kezdetleges rendszereket is épített.

A 2000-es évek elején a hipotetikus elképzelés valósággá vált, amikor egy William Dobelle nevű excentrikus orvosbiológiai kutató ilyen protézist telepített egy kísérleti beteg fejébe.

2002-ben Steven Kotler író rémülten emlékezett vissza arra, hogy látta, amint Dobelle felpörgette az áramot, és a beteg a földre zuhant, és rohamban fetrengett. Az ok a túl sok ingerlés volt, túl sok árammal – amit, mint kiderült, az agyak nem szeretnek. Dobelle pácienseinek a fertőzésekkel is gondjaik voltak. Dobelle mégis úgy hozta forgalomba terjedelmes készülékét, mint ami majdnem készen áll a mindennapi használatra, egy reklámvideóval kiegészítve, amelyben egy vak ember lassan és bizonytalanul vezet egy zárt parkolóban. Amikor Dobelle 2004-ben meghalt, a protézise is meghalt.

Dobelle-lel ellentétben, aki a vakok gyógyítását hirdette, Fernandez szinte folyamatosan olyan dolgokat mond, mint: “Nem akarok reményeket táplálni” és “Reméljük, hogy lesz egy olyan rendszerünk, amelyet az emberek használni tudnak, de jelenleg még csak korai kísérleteket végzünk”.”

De Gómez valóban látott.

Szögek ágya

Ha a Gómez látása mögötti alapötlet – egy kamera csatlakoztatása egy videokábelbe az agyba – egyszerű, a részletek nem azok. Fernandeznek és csapatának először a kamerás részt kellett kitalálniuk. Milyen jelet produkál az emberi retina? Hogy megpróbáljon választ adni erre a kérdésre, Fernandez nemrég elhunyt emberek retináját veszi, a retinát elektródákhoz csatlakoztatja, fénynek teszi ki, és megméri, mi éri az elektródákat. (Laboratóriuma szoros kapcsolatot ápol a helyi kórházzal, amely néha az éjszaka közepén telefonál, amikor egy szervdonor meghal. Egy emberi retinát csak körülbelül hét órán át lehet életben tartani). Csapata gépi tanulást is alkalmaz, hogy a retina elektromos kimenetét egyszerű vizuális bemenetekhez igazítsa, ami segít nekik olyan szoftver megírásában, amely automatikusan utánozza a folyamatot.

A következő lépés az, hogy ezt a jelet átvegyék és eljuttassák az agyba. A Fernandez által Gómez számára épített protézisben egy kábeles kapcsolat fut egy Utah-tömb néven ismert általános neuroimplantátumhoz, amely éppen csak kisebb, mint egy AAA elem pozitív végén lévő megemelt csúcs. Az implantátumból 100 apró, egyenként körülbelül egy milliméter magas elektródatüske áll ki – együttesen úgy néznek ki, mint egy miniatűr szögágy. Minden egyes elektróda egy-négy idegsejtet képes árammal ellátni. Amikor az implantátumot behelyezik, az elektródák átfúrják az agy felszínét; amikor eltávolítják, 100 apró vércsepp képződik a lyukakban.

A beültetett tömb
A beültetett tömb 100 elektródával rendelkezik, és egy apró körömágyhoz hasonlít.

Fernandez

Fernandeznek egyszerre csak egy elektródát kellett kalibrálnia, egyre erősebb áramot küldve rá, amíg Gómez meg nem jegyezte, mikor és hol látott foszfént. Mind a 100 elektróda beállítása több mint egy hónapig tartott.

“A mi megközelítésünk előnye, hogy a tömb elektródái az agyba nyúlnak, és közel ülnek az idegsejtekhez” – mondja Fernandez. Ez lehetővé teszi, hogy az implantátum sokkal kisebb elektromos árammal termeljen látást, mint amire Dobelle rendszerében szükség volt, ami jelentősen csökkenti a rohamok kockázatát.

A protézis nagy hátránya – és az elsődleges ok, amiért Gómez nem tudta hat hónapnál tovább megtartani a sajátját -, hogy senki sem tudja, meddig bírják az elektródák anélkül, hogy az implantátum vagy a felhasználó agya károsodna. “A szervezet immunrendszere elkezdi lebontani az elektródákat, és hegszövet veszi körül őket, ami végül gyengíti a jelet” – mondja Fernandez. Az is probléma, hogy az elektródák meghajlanak, ha valaki mozog. Az állatokon végzett kutatások és a Gómez által használt tömb korai vizsgálata alapján úgy véli, hogy a jelenlegi rendszer két-három évig, de akár 10 évig is kitarthat, mielőtt meghibásodik. Fernandez reméli, hogy néhány apró módosítással ez néhány évtizedre meghosszabbítható – ami kritikus előfeltétel egy olyan orvosi hardver esetében, amely invazív agyműtétet igényel.

A protézisnek végül a cochleáris implantátumhoz hasonlóan vezeték nélkül kell továbbítania jelét és energiáját a koponyán keresztül, hogy elérje az elektródákat. De egyelőre a csoportja a kísérletekhez a protézist kábelesen hagyta – ez biztosítja a legnagyobb rugalmasságot a hardver folyamatos frissítéséhez, mielőtt megállapodnának a tervezésben.

10 pixel x 10 pixel felbontásban, ami nagyjából a Gómez implantátumának maximális lehetséges felbontása, olyan alapvető formákat lehet érzékelni, mint a betűk, az ajtókeret vagy a járda. De egy arc körvonalai, nem is beszélve egy emberről, sokkal bonyolultabbak. Ezért Fernandez képfelismerő szoftverrel egészítette ki a rendszerét, amely azonosítja a szobában lévő személyt, és foszfénmintát sugároz Gómez agyába, amelyet az megtanult felismerni.

25 x 25 pixeles felbontásban, írja Fernandez egy általa előszeretettel bemutatott dián, “a látás lehetséges”. És mivel a Utah tömb a jelenlegi formájában olyan kicsi, és olyan kevés energiát igényel a működéséhez, Fernandez szerint nincs technikai oka annak, hogy csapata ne tudna négyet-hatot telepíteni az agy mindkét oldalára, ami 60 x 60 pixeles vagy annál nagyobb látást kínálna. Még mindig senki sem tudja, hogy az emberi agy mennyi inputot képes befogadni az ilyen eszközökből anélkül, hogy túlterhelődne és a tévéhónak megfelelőt jelenítene meg.

Hogy néz ki

prototípus kamera kijelzővel
Fernandez és doktorandusza a számítógéphez csatlakoztatott kamera prototípusával.

Russ Juskalian

Gómez elmondta, hogy megtartotta volna a beültetett implantátumot, ha választhatott volna, és hogy ő lesz az első a sorban, ha elérhetővé válik egy frissített változat. Amikor Fernandez befejezi a tömb elemzését, Gómez azt tervezi, hogy bekeretezteti és a nappalija falára akasztja.

A Fernandez laboratóriumában felajánlja, hogy csatlakoztat engem egy nem invazív eszközhöz, amelyet a betegek szűrésére használ.

Azzal a bőrszékkel, amelyet Gómez a tavalyi, áttörést jelentő kísérlet során elfoglalt, várakozom, miközben egy neurológus egy két karikával ellátott pálcát tart a fejem oldalához. A pillangótekercsnek nevezett eszköz egy dobozhoz van csatlakoztatva, amely erős elektromágneses impulzussal gerjeszti az agyban lévő idegsejteket – ezt a jelenséget transzkraniális mágneses stimulációnak nevezik. Az első lökés olyan érzés, mintha valaki sokkolná a fejbőrömet. Az ujjaim önkéntelenül a tenyerembe görbülnek. “Nézd, sikerült!” mondja Fernandez kuncogva. “Ez a motoros kéreg volt. Most megpróbálunk neked foszféneket adni.”

A neurológus visszahelyezi a pálcát, és gyors impulzussorozatra állítja a gépet. Ezúttal, amikor tüzel, intenzív zzp-zzp-zzp-t érzek, mintha valaki ajtókopogtatónak használná a koponyám hátsó részét. Aztán, bár a szemem tágra nyílt, mégis látok valamit: a látómezőm közepén egy fényes vízszintes vonal villan fel, két csillogó háromszöggel együtt, amelyek tele vannak valamivel, ami úgy néz ki, mint a tévéhó. A látomás olyan gyorsan elillan, ahogyan érkezett, rövid utófényt hagyva maga után.

“Ez olyan, mint amit Berna láthatott” – mondja Fernandez. Csakhogy az ő “látása” a világról mindaddig stabil volt, amíg a jelet továbbították az agyába. A fejét is el tudta fordítani, és szemüveggel a fején körbe tudott nézni a szobában. Amit láttam, az csupán egy elektromosan gerjesztett agy belső fantomjai voltak. Gómez 16 év óta először képes volt kinyújtani a kezét, és megérinteni a világot, amit látott.

{{kreditRemaining}} ingyenes történetek maradtak
1 ingyenes történet maradt
Ez az utolsó ingyenes történeted.

BejelentkezésIratkozz fel most