Ученые из Швейцарской вышей технической школы вернули подвижность ногам обезьян с травмой спинного мозга с помощью мозговых имплантов. Ранее такие импланты, обеспечивающие отсутствующую из-за травмы связь головного мозга со спинным мозгом, были уже испытаны на крысах, однако испытания на обезьянах были проведены впервые. Статья опубликована в журнале Nature, кратко о ней рассказывается в редакционном материале журнала.
Травмы спинного мозга разрушают связь между головным и спинным мозгом, обеспечивающую движения тела. Чтобы обойти разрыв этой связи, ученые пытаются применять интерфейсы «мозг — компьютер» — устройства, которые напрямую связывают активность коры головного мозга с системой электростимуляции мышц. Подобный интерфейс использовался, например, для восстановления функции руки у парализованного пациента — причем в одном исследовании это удалось сделать даже без использования промежуточного компьютера. В случае с параличом ног, однако, задача становится несколько сложнее, потому что ходьба требует очень сложной координации движений, в том числе для поддержания веса тела. Тем не менее, интерфейс «мозг — компьютер» был недавно успешно использован для восстановления движения конечностей у парализованных крыс. В данном исследовании авторы решили испытать его на более сложных организмах: макаках-резусах.
Экспериментальная часть работы проводилась в лаборатории в Китае, поскольку там исследования на приматах подвергаются гораздо менее строгой регуляции, чем в Европе или США. Общая схема эксперимента была следующей. Сначала ученые помещали здоровых макак-резусов на беговые дорожки и картировали электрические сигналы, передающиеся от головного мозга к спинному мозгу. Также они картировали процессы в поясничном отделе спинного мозга, куда сигналы от головного мозга поступают перед передачей в мышцы нижних конечностей. Затем эти сигналы воспроизводили у обезьян с повреждением спинного мозга на уровне грудного отдела.
Сигналы воспроизводились с помощью панели микроэлектродов, вживленной в участок двигательной коры головного мозга, отвечающий за движения ног, и системы стимуляции спинного мозга. Эта система была имплантирована в эпидуральное пространство (пространство между твердой оболочкой спинного мозга и позвонками) поясничного отдела спинного мозга и включала генератор импульсов, передающий сигналы мышцам ног. Передача сигналов, кодирующих сокращение и расслабление мышц, от мозгового импланта к системе стимуляции спинного мозга осуществлялась по беспроводной связи. Такой беспроводной интерфейс позволял обезьянам свободно двигаться, без ограничений, которые накладывала бы на их движения сложная система проводов.
Уже через 6 дней после нанесения унилатеральной травмы спинного мозга (то есть травмы, вызывающей паралич только одной половины тела), в отсутствие каких-либо специальных предварительных тренировок, движения в парализованной ноге восстанавливались. Хотя ритм движения конечности был несовершенен, обезьяны нормально передвигали ногу, не волоча ее за собой, и ее движения были достаточно скоординированными для самостоятельного поддержания веса своего тела.
Как отмечают авторы, все компоненты имплантов, использованных в этих экспериментах, одобрены для использования в исследованиях на человеке. А это значит, что скоро испытания интерфейса можно будет проводить на парализованных людях с травмами спинного мозга. Однако это будет не так просто, потому что мозг человека устроен сложнее, чем мозг макаки-резуса. Еще одна трудность заключается в том, что в экспериментах на макаках исследователи сначала записывали сигналы здорового спинного мозга и затем воспроизводили их на поврежденном мозге. В случае людей, уже имеющих спинальную травму, такой подход будет невозможен.
Тем не менее, авторы уже начали первые клинические испытания в госпитале Лозаннского университета: двум парализованным пациентам имплантировали генераторы пульса в поясничный отдел спинного мозга. Этим пациентам, однако, не будут вживлять импланты в головной мозг, так что пока они не смогут сами контролировать движения своих ног.
Подобные испытания на парализованных людях проводятся не впервые. Например, год назад исследователи из Калифорнийского университета научили ходить парализованного ниже пояса человека с помощью системы, состоящей из интерфейса «мозг — компьютер», аппарата для электростимуляции мышц и специального подвеса.
Софья Долотовская