Родни Горхэм недавно преодолел рубеж, которого достигли немногие люди. Экспериментальный имплантат, созданный компанией Synchron, позволяет ему управлять компьютером и другими цифровыми устройствами в своем доме, используя только свои мысли. Это стало спасением для 65-летнего Горхэма, страдающего боковым амиотрофическим склерозом, или ALS, и он больше не может ходить, говорить или двигать руками.

Synchron входит в число нескольких компаний, включая Neuralink Элона Маска, стремящихся коммерциализировать интерфейсы мозг-компьютер для помощи людям с параличом. За последние пять лет программное и аппаратное обеспечение Synchron прошло через множество итераций, а Горхэм помогал формировать эволюцию технологии. Из 10 добровольцев, получивших имплантат Synchron, Горхэм живет с ним дольше всех. Он получил его в декабре 2020 года в рамках испытаний в Австралии. (Самым долгоживущим пользователем имплантированного интерфейса мозг-компьютер является Натан Коупленд, который пользуется имплантом уже более 10 лет. В его мозгу установлены четыре массива исследовательского класса, изготовленные компанией Blackrock Neurotech.)

"Мы провели много проб и ошибок с Родни, пробуя разные вещи, чтобы понять, что, по нашему мнению, является первым вариантом использования, на основе которого мы должны создать первый продукт и провести клинические испытания", - говорит Том Оксли, генеральный директор-основатель Synchron. "Он сыграл решающую роль в тестировании новых декодеров, новых методов взаимодействия и интеграции приложений".

Первый продукт Synchron получил название Stentrode - крошечная сетчатая трубка, которая помещается в кровеносный сосуд напротив мозга и собирает нейронные сигналы. Ее вставляют в яремную вену у основания шеи и проводят по сосуду, пока она не достигнет моторной коры - части мозга, отвечающей за волевые движения. Хирургический блок в груди принимает сигналы мозга, а затем передает их из тела на внешний приемник.

Компания готовится испытать стентрод в более крупном, так называемом поворотном испытании, необходимом для получения разрешения регулирующих органов. Она ведет переговоры с Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, чтобы определить конечную клиническую точку испытания - измеряемый результат, используемый для оценки безопасности и эффективности устройства. Определить эффективность интерфейса мозг-компьютер немного сложнее, чем традиционного лекарства или устройства, которое непосредственно лечит болезнь, и это вопрос, над которым в настоящее время бьются специалисты.

Интерфейсы мозг-компьютер полагаются на алгоритмы декодирования, чтобы перевести мозговую активность в предполагаемые действия пользователя. Например, человек может думать о том, чтобы сжать кулак или постучать ногой, чтобы нажать кнопку мыши на экране компьютера. Парализованный человек может быть не в состоянии физически сжать кулак или постучать ногой, но нейроны в его мозгу все равно срабатывают по уникальной схеме, когда он пытается это сделать. Для того чтобы интерфейс мозг-компьютер был полезен, декодер должен уметь последовательно распознавать этот необработанный нейронный сигнал.

По словам Оксли, сначала Горхэм использовал свой интерфейс мозг-компьютер для одиночных нажатий. Затем он перешел к многократным нажатиям и, в конце концов, к скользящему управлению, которое сродни увеличению громкости. Теперь он может перемещать компьютерный курсор - пример двумерного управления - горизонтальными и вертикальными движениями в двухмерной плоскости.

За эти годы Горхэм успел опробовать различные устройства с помощью своего имплантата. Зафар Фараз, инженер-клиницист компании Synchron, говорит, что Горхэм внес непосредственный вклад в разработку Switch Control - новой функции доступности, о которой Apple объявила в прошлом году и которая позволяет пользователям интерфейса мозг-компьютер управлять iPhone, iPad и Vision Pro с помощью своих мыслей.

В видеоролике, показанном на конференции Nvidia в Сан-Хосе, Калифорния, в прошлом году, Горхэм демонстрирует, как с помощью своего имплантата он может воспроизводить музыку из умной колонки, включать вентилятор, регулировать освещение, активировать автоматическую кормушку для животных и запускать робот-пылесос в своем доме в Мельбурне, Австралия.

"Родни расширяет границы возможного", - говорит Фараз.

В качестве клинического инженера Фараз дважды в неделю приходит к Горхэму домой, чтобы провести сеансы работы с его интерфейсом мозг-компьютер. В обязанности Фараза входит наблюдение за работой устройства, устранение неполадок, а также изучение того, что Горхэм может и чего не может делать с помощью устройства. Synchron использует эти данные для повышения надежности и удобства использования своей системы.

За годы работы с Горхэмом они провели множество экспериментов, чтобы понять, что можно сделать с имплантатом. Однажды, говорит Фараз, он заставил Горхэма использовать два iPad, переключаясь между игрой на одном и прослушиванием музыки на другом. В другой раз Горхэм играл в компьютерную игру, в которой ему нужно было захватывать блоки на полке. Игра была связана с роботизированной рукой, установленной в Университете Мельбурна, примерно в шести милях от дома Горхэма, которая дистанционно перемещала настоящие блоки в лаборатории.

Горхэм, который до того, как в 2016 году у него диагностировали ALS, работал продавцом программного обеспечения в IBM, был рад тому, что стал ключевой частью разработки технологии, говорит его жена Кэролайн.

"Это подходит Родни' по набору жизненных навыков", - говорит она. "Он 30 лет проработал в сфере ИТ, общаясь с клиентами, выясняя, что им нужно от их программного обеспечения, а затем возвращался к технологам, чтобы разработать то, что нужно клиенту. Теперь все перевернулось с ног на голову". После занятий с Фаразом Горхэм часто улыбается от уха до уха.

В ходе полевых визитов команда Synchron поняла, что ей необходимо изменить настройку своей системы. В настоящее время проводной кабель с лепестком на одном конце должен располагаться на груди пользователя. Лопасть собирает сигналы мозга, которые передаются через грудь, и передает их по проводу на внешнее устройство, которое преобразует эти сигналы в команды. Во втором поколении системы Synchron убирает этот провод.

"Если у вас есть носимый компонент, где есть тонкий коммуникационный слой, мы поняли, что это проблема", - говорит Оксли. "В случае с парализованным населением вам придется рассчитывать на то, что кто-то придет и модифицирует носимые компоненты, чтобы убедиться, что связь работает. Для нас это было огромным уроком".

Интерфейсы мозг-компьютер должны быть просты в настройке в домашних условиях, если пациенты собираются использовать их регулярно.

За годы участия в испытаниях Synchron состояние Горхэма медленно прогрессировало. Использование имплантата требует большой концентрации, и теперь он легко устает. Раньше он давал интервью репортерам через WhatsApp, но теперь ему трудно долго переписываться. (В этой статье использованы интервью с его женой Кэролайн, специалистом Фаразом и Оксли.)

В связи с этим перед Synchron и другими компаниями встают большие вопросы о пользе этих устройств для пациентов с нейродегенеративными заболеваниями. Смогут ли пациенты продолжать пользоваться ими по мере ухудшения состояния здоровья? Будет ли страховка покрывать дорогостоящее устройство, требующее хирургического вмешательства и имеющее потенциально ограниченный срок службы? Средняя продолжительность жизни после постановки диагноза ALS составляет от трех до пяти лет, но многие люди живут дольше. (После первой операции Synchron в 2019 году некоторые участники скончались из-за естественного прогрессирования ALS.)

Люди с более стабильными формами паралича - например, из-за травмы спинного мозга - могут пользоваться интерфейсом мозг-компьютер до конца жизни. Однако они все равно могут испытывать умственную усталость, работая с устройством по несколько часов в день.

"С моей точки зрения, - говорит Кэролайн, - я думаю, что компании должны больше учитывать человеческий компонент, потому что каждый человек индивидуален"

.