Мужчина с синдромом «полностью запертого человека» смог общаться через инвазивный нейроинтерфейс

Мужчина с боковым амиотрофическим склерозом, который был полностью парализован и неспособен произвольно открывать глаза и управлять их движением (синдром «полностью запертого человека»), смог складывать слова и фразы для общения со средней скоростью около одного символа в минуту. Это стало возможным благодаря использованию инвазивного нейроинтерфейса, который опирался на слуховую модальность, а не движения глаз, которое в данном случае невозможны. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Пациенты с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) страдают прогрессирующим параличом мышц. По мере прогрессирования заболевания человек теряет способность дышать из-за паралича диафрагмы. При переходе на искусственную вентиляцию легких и параличе лицевых мышц больные в большинстве случаев больше не могут говорить, и у них может отмечаться синдром «запертого человека», при котором пациент не может двигаться и говорить, но остается в сознании с незатронутыми эмоциями и мышлением. Также у таких больных могут сохраняться управление движениями глаз, моргание и способность направлять и фиксировать взгляд. Используя этот неутраченный контроль над движением глаз, связь пациента с внешним миром обычно удается успешно обеспечить с помощью инвазивных и неинвазивных нейроинтерфейсов. Но как только больной утрачивает контроль над движением глаз и больше не может произвольно их открывать, никакие вспомогательные средства больше не могут помочь ему оставаться на связи с внешним миром (это состояние называют синдромом «полностью запертого человека»).

Чтобы восстановить связь с внешним миром для 34-летнего пациента, который больше не может контролировать движение глаз и направлять взгляд, а значит, и использовать айтрекер для общения, Йонас Циммерманн (Jonas Zimmermann) из Центра био- и нейроинженерии имени Висса в Женеве и коллеги имплантировали в моторную кору мужчины две матрицы из 64 микроэлектродов. Через сутки после имплантации исследователи попытались установить с пациентом связь. Сначала его попросили использовать ранее эффективный способ ответов «да» и «нет» с помощью движения глаз, а ученые в этот момент пытались обнаружить разницу в мозговой активности, сопровождавшую соответствующее ответу движение глаз или его отсутствие. Но никакой разницы в частоте наблюдаемой активности обнаружить не удалось.

На восемьдесят шестой день после имплантации ученые решили для взаимодействия с пациентом использовать биологическую обратную связь слуховой модальности. Для этого пациент научился сопоставлять частоту нейронной активности с частотой звуковой обратной связи, а затем удерживать в течение 250 миллисекунд тон обратной связи в заданном диапазоне от 120 до 480 Гц. Удержание тона обратной связи на верхнем или нижнем конце диапазона в течение 250 миллисекунд интерпретировалось как ответ «да» или «нет» — соответственно, что пациенту удавалось с высокой точностью (р<0,01). Таким образом, пациент модулировал частоту возбуждения нейронов на основе звуковой обратной связи, и, начиная со сто шестого дня, он мог использовать этот метод, чтобы выбирать буквы по одной, а далее складывать из них слова и фразы, и так сообщать о своих потребностях и переживаниях.

Разборчивые сообщения пациента состояли из 5747 символов, созданных в течение 5338 минут, что соответствует средней скорости 1,08 символа в минуту. Уже на вторые сутки он мог верно написать свое имя, имена жены и сына и поблагодарить исследователей, также сообщить что-то о необходимом уходе, например, попросить изменить положение головы и тела, выразить свои желания о досуге, скажем, пригласить кого-то вечером к себе или послушать музыкальный альбом, и он даже предложил улучшить работу системы, попросив «включить распознавание слов» на 183 день после операции. А на 247 день больной оставил отзыв о системе: «ребята, это работает так легко». Кроме того, имплантация электродов и овладение интерфейсом на основе слуховой обратной связи позволили ему вернуть общение с членами семьи.

Исследователи наблюдали больного в ежедневных сеансах связи с ним через нейроинтерфейс, начиная со 106 и до 462 дня после имплантации электродов. При этом на протяжении всего этого времени участник жил дома со своей семьей, а ученые приезжали для проведения исследования к нему домой, а в период локдауна, вызванного пандемией ковида, — встречались удаленно. То есть также это исследование продемонстрировало, что при участии семьи или лиц, осуществляющих уход, систему в принципе можно использовать дома. И это важный момент для людей, живущих с БАС, о которых заботятся вне больничной среды. Авторы отмечают, что в будущем необходимо будет внедрить несколько модификаций программного и аппаратного обеспечения, прежде чем семья или лица, осуществляющие уход, смогут использовать систему полностью самостоятельно.

Поддержание возможности общаться для людей, уже столкнувшихся с поздними этапами развития БАС безусловно важно, но не менее важны и попытки найти лекарство, которое помогло бы остановить эту болезнь на более ранних ее этапах. К сожалению, единственные лекарства, которые на сегодняшний день существуют от БАС, помогают лишь компенсировать симптомы. Но недавние исследования позволяют ученым предвидеть «начало генной терапии БАС». А подробнее о том, как научиться лечить это заболевание можно прочитать в нашем материале «Ключ от гробницы».

Екатерина Рощина