Российские ученые успешно вживили чип в зрительную кору мозга обезьяны. Эта технология может помочь незрячим людям различать предметы

В конце января сотрудники лаборатории «Сенсор-Тех» совместно с нейрохирургами НИИ Медицинской приматологии в Сочи впервые в России провели операцию по установке имплантата в мозг обезьяне — это последний этап доклинических испытаний технологии ELVIS, которая, возможно, позволит незрячим людям различать предметы с помощью проецирования картинки с камеры прямо в зрительную кору головного мозга. «Медуза» узнала у нейробиолога Михаила Лебедева и директора лаборатории Дениса Кулешова, как работает нейроимплантат, кому он теоретически сможет помочь, и чем подобное «зрение» отличается от обычного.

Кто проводит испытания

Резидента инновационного центра «Сколково», лабораторию «Сенсор-Тех» в 2016 году учредил благотворительный фонд поддержки слепоглухих «Со-Единение». Ее, а также одноименную компанию (она основана лабораторией совместно с ресурсным центром поддержки людей с мультисенсорными нарушениями и их семей «Ясенева поляна» в 2019 году), возглавляет выпускник МГТУ имени Н.Э. Баумана Денис Кулешов. Одновременно он преподает и заведует лабораторией в университетском Центре для людей с инвалидностью по слуху.

Как рассказал «Медузе» Кулешов, объединение благотворительных организаций и научного проекта для России — «немного нестандартная история». Подобное сотрудничество, по словам Кулешова, помогает ученым точнее определять потребности подопечных фонда: потенциальные пациенты помогают ученым формулировать техническое задание на старте разработки.

В команде «Сенсор-Теха» — ученые-офтальмологи, IT-специалисты, инженеры, реабилитационные психологи и медработники. «Кто-то из сотрудников до этого занимался программированием, кто-то работал на заводах, кто-то занимался исследовательской деятельностью, — рассказывает Кулешов. — Эти люди неравнодушны к тому, что делают, и достаточно терпеливы. Почти все наши проекты начинаются со слова «инновационный», то есть мы делаем то, чего никто не делал — а для этого нужно терпение».

Лаборатория разрабатывает гаджеты и приложения для незрячих и слепоглухих людей. Например, у них есть умный помощник «Робин», который помогает ориентироваться в пространстве, устройство распознавания речи «Чарли», переводящее речь в текст на экране смартфона, планшета или Брайлевского дисплея, и мобильное приложение для незрячих людей, которое определяет окружающие предметы и помогает ориентироваться в пространстве.

«Мы работаем по принципу социальных предпринимателей: если мы что-то и продаем, то деньги инвестируем в разработку других, более крутых вещей», — рассказывает Денис Кулешов. — Сейчас [умного помощника] «Робина» люди в основном получают за счет благотворительных фондов, которые дают нам грант, и мы за эти средства производим гаджеты. В том году мы подарили «Робина» 15 незрячим детям в специализированных школах-интернатах, в этом году при поддержке фонда подарим еще 25. Другой гаджет [«Чарли» для неслышащих людей] мы предлагаем организациям, например, МФЦ, центрам социального обслуживания, образовательным организациям, музеям — чтобы когда к ним приходит человек с инвалидностью [по слуху], он общался с сотрудником не путем написания на бумажке, как это часто происходит, а через гаджет. Это супер удобно и очень логично».

Как работает ELVIS

Имплантат для бионического зрения, вставляющийся в сетчатку (его еще называют ретинальным) — перспективная технология, но он может помочь «обрести» зрение не всем незрячим людям, а только узкой группе со специфическими заболеваниями и нарушениями функций сетчатки, говорит Денис Кулешов.

В 2019 году «Сенсор-тех» начал разработку имплантата ELVIS для восстановления зрения, который помещается в кору головного мозга. Подобный имплантат, объясняет Кулешов, сделать сложнее всего. Но аудитория, которой его можно предложить, в десять раз больше той, кому можно поставить протез в сетчатку. Хотя и тут есть ограничения — например, такой имплантат подходит только тем людям, которые не могут даже различать свет и тень — их называют тотально незрячими.

Составные части системы ELVIS — это сам имплантат, который помещают в зрительную кору мозга, обруч с камерой на голове человека и соединенный с ними микрокомпьютер, который вешают на пояс незрячего. Камера захватывает изображение, выделяет его контуры и передает в микрокомпьютер, а тот, в свою очередь, посылает в имплантированный чип сигналы, стимулирующие зрительную кору слабыми токами.

«Если стимулировать зону зрительный коры головного мозга слабыми электрическими токами, то человек будет видеть у себя в сознании вспышку света, — рассказывает Кулешов. — Можно провести небольшой эксперимент: закрыть глаза и слегка надавить на них — вы увидите искорки. Эти вспышки — они называются фосфенами — немного похожи [на то, что видят люди с имплантатом]. Если взять несколько электродов и с их помощью стимулировать мозг, то эти вспышки начнут образовывать линию». Люди с таким нейроимплантатом смогут различать крупные объекты и их контуры, но не смогут, например, понять черты лица или цвет и тип одежды на человеке.

Нейробиолог и сотрудник Университета Дьюка, научный руководитель Центра биоэлектрических интерфейсов Высшей школы экономики Михаил Лебедев отмечает, что мозг человека очень пластичен и со временем люди с подобными имплантатами смогут различать больше объектов. «Если, скажем, первоначально пациент видел только какие-то смутные контуры, то по мере того, как он упражняется с этим устройством, его «зрение» будет улучшаться и достигнет определенного совершенства», — прогнозирует Лебедев.

С ним согласен Денис Кулешов. «Чем дольше человек будет использовать такое электронное зрение, — говорит Кулешов, — тем лучше оно будет, потому что мозг будет перестраиваться на новую реальность. Грубо говоря, после того, как пациент долгое время ничего не видел, он начнет видеть «новым зрением». Например, тарелка в прошлой жизни выглядела как обычная белая тарелка, но с электронным зрением она будет похожа на набор мерцающих точек. Со временем люди перестанут испытывать дискомфорт от того, что эта тарелка выглядит не так, как они привыкли, потому что просто забудут, как она выглядела раньше».

Имплантат подобного типа вряд ли прослужит пациенту всю жизнь — скорее всего, со временем его придется менять, но пока невозможно сказать, как часто это нужно будет делать. «Как правило, подобные протезы разрабатываются для хронического внедрения — то есть мы его поставили, и он работает долгое время, — говорит Кулешов. — Пока для нас долгое время — это, исходя из того научно-технического опыта, который есть и описан сейчас, пять-десять лет. Пять лет [проходить с имплантатом] не представляет проблем точно, но гарантировать, что он проработает десять лет можно будет только после того, как кто-то с ним десять лет проживет».

Есть у подобных имплантатов и другая проблема, рассказывает нейробиолог Михаил Лебедев — их сложно сделать универсальными. «Первая задача [для разработчиков] — это сделать имплантат совместимым, чтобы мозг нормально отреагировал на его включение в кору. Нужно сделать так, чтобы имплантат прижился, не было никаких инфекций. Нельзя, чтобы из головы торчали провода — но это все технические задачи». По словам Дениса Кулешова, чтобы имплантат проработал даже свои пять или десять лет, нужно кропотливо подбирать материалы и параметры стимуляции, ведь в случае ошибки он может, в том числе, разрушить ткани мозга.

Лаборатория «Сенсор-Тех» сможет проверить нейроимплант ELVIS на добровольцах только после получения разрешения Росздравнадзора. Это решение ведомство должно принять по результатам исследований на животных («Сенсор-Тех» уже проверил технологию на мышах и перешел к тестированию на обезьянах).

На следующую стадию испытаний «Сенсор-Тех» планирует перейти в 2023 году, а с 2027-го уже начать первые операции — при поддержке Минздрава, на коммерческой основе и с помощью благотворительных фондов и спонсоров.

ELVIS — не единственная технология, которая в будущем может помочь людям вернуть зрение

Подобную технологию нейроимплантата уже протестировала на людях калифорнийская компания Second Sight, которая первой начала широкое внедрение технологии бионического зрения Argus II, также известной как «бионический глаз». С 2013 года эти протезы получили уже 350 человек, включая двоих россиян: в 2017 году «Сенсор-Тех» установил Argus II двоим жителям Челябинска, операции курировали специалисты Second Sight.

Нейроимплантат Argus II позволяет вернуть незрячим людям предметное зрение: пациенты могут различать контуры больших объектов и понимать, что находится рядом с ними, но не могут разглядеть их детали. Одна часть имплантата крепится на сетчатке глаза, другая остается снаружи и выглядит как очки со встроенной камерой. Камера передает информацию об изображении на небольшой процессор, а он, в свою очередь, отправляет сигнал на вживленный в глаз имплантат. Тот стимулирует зрительный нерв и позволяет человеку увидеть контуры предметов вокруг него.

В сентябре 2019 года другой имплантат компании Second Sight — Orion, который, в отличие от Argus II устанавливается на кору головного мозга, — поставили шести незрячим добровольцам. Но данных о ходе исследования пока нет.

Имплантаты вроде Argus II не получилось внедрить в российскую медицину настолько, чтобы люди массово могли получать такое протезирование. Поэтому в «Сенсор-Техе» решили создать собственный нейроимплантат.

Несмотря на то, что в мире подобные технологии уже тестируются, нейробиолог Михаил Лебедев считает появление нейроимплантата в России огромным прорывом. «Эти технологии в мире развиваются гораздо лучше, чем в России, — говорит Лебедев. — Я сам много лет работал в Америке, там такие исследования — обычное явление, нечто обязательное для науки. В России инвазивных исследований на обезьянах, как у «Сенсор-Теха», гораздо меньше, и их можно только приветствовать».

Татьяна Колобакина