Согласно статье Лозано и Липсмана, болезнь Паркинсона, большое депрессивное расстройство, обсессивно-компульсивное расстройство, а также многие другие можно назвать своего рода расстройствами воли. В них могут участвовать сверхактивные, малоактивные или вовсе неактивные узловые точки нейронных цепей.
Различные виды протезов, например, интерфейсы мозг-компьютер, гиппокампальные протезы, а также глубокая стимуляция мозга, могут обходить, заменять или модулировать работу повреждённых или нефункционирующих цепей и, тем самым, восстанавливать способность воплощать наши намерения в действия. В этом случае их можно назвать протезами для воли, и о них пойдёт речь в сегодняшнем выпуске нашей рубрики «Как прокачать мозг».
Воля – это сложный комплекс познавательных и двигательных способностей, которые позволяют нам инициировать и выполнять намеченные нами планы. Неврологические и психические расстройства нарушают эти способности из-за дисфункций в различных нейронных цепях, опосредующих эти действия.
Интерфейсы мозг-компьютер: восстановление моторных функций
Один из типов широко распространённых протезов сейчас – интерфейсы мозг-компьютер или иначе мозго-машинные интерфейсы (ММИ). ММИ могут позволить пациентам с параличом, вызванным травмой головного мозга, нейродегенеративным заболеванием, а также пациентам с потерей одной или нескольких конечностей выполнять различные действия типа передвижения курсора на экране компьютера, управления роботизированной рукой. Все это стало осуществимым благодаря записи сигналов от моторной коры, которые связаны с намерением выполнить те или иные действия.
Системы ММИ могут включать в себя макроэлектроды, помещённые на кожу головы и связанные с ЭЭГ, электроды, имплантированные субдурально или эпидурально, а также микроэлектродную матрицу, имплантированную в моторную кору. То, что заставляет курсор или роботизированную руку двигаться – мысленный акт, который опосредует намерения человека, манипулирующего интерфейсом.
Одна из проблем ММИ, согласно статье Бирбаумера – трудности с обучением пользованию ММИ, поддержанием внимания во время выполнения задачи и семантическими возможностями, необходимыми для того, чтобы общаться с людьми с когнитивными нарушениями. Тот факт, сможет ли человек, использующий такую систему, перевести свои мысли в действия, может зависеть от степени повреждения его мозга, от того, какие нейронные цепи остались незатронутыми, а также насколько эффективно пациент обучается работе с интерфейсом.
Гиппокампальные протезы: восстановление кодировки памяти
Протезы для гиппокампа (ГП) находятся ещё на стадии разработки: использовались в качестве прототипов на животных моделях, но ещё не применялись у людей. Как сообщается в статье Лакстона, электростимуляция свода мозга (лат. fornix), улучшает семантическую, рабочую и процедурную память, по крайней мере, у некоторых пациентов при ранней стадии болезни Альцгеймера.
Такие учёные как Бергер и Хампсон, верят, что для пациентов с этой или другого рода деменцией, чья гиппокампальная дегенерация слишком велика для ответа на нейростимуляцию, или для пациентов с антероградной амнезией, заменяющие ГП могут восстановить способность записывать новые воспоминания, узнавать и сохранять информацию. Одна из надежд на искусственную реконструкцию межнейронных связей при помощи биомиметических микрочипов, которые заменят контур гиппокамп-энторинальная кора, состоит в том, что она может улучшить и сохранить различные виды памяти у лиц с дегенерацией в областях мозга, отвечающих за память, а также позволить пациентам выполнять когнитивные и физические задачи.
Память обеспечивает когнитивную основу, связывающую наше прошлое, настоящее и будущее и помогает определиться с возможным курсом действий. Таким образом, она играет решающую роль в обдумывании и принятии решений. Протез, который мог бы решить проблему антероградной амнезии через восстановление способности кодировать, консолидировать и извлекать эпизодическую память, мог бы восстановить возможности планирования и принятия решений, а также вернуть один из важнейших компонентов воли.
Теоретически, в будущем может быть не столь важно, поддерживаются ли функции памяти естественной или искусственной системой. Важно только то, чтобы протез правильно соединяется с нейронными «входами» и «выходами», необходимыми для выполнения различных функций. Производители устройств, а также врачи, которые будут имплантировать и активировать ГП, должны будут обеспечить правильный уровень активность необходимых областей, ибо нейронные цепи, отвечающие за кодирование, консолидацию и извлечение эпизодической памяти, ни в коем случае не должны быть сверхактивными. Информация, которая начнёт циркулировать в таком случае в мозге, может стать тяжёлым бременем и привести к тяжелейшим последствиям.
Также не менее важно, чтобы протез интегрировался со смежными нейронными контурами и не мешал другим типам памяти (процедурная память, опосредуемая стриатумом и мозжечком; память эмоционального контекста, опосредованная амигдалой и другие). И это ещё далеко не все вызовы, которые стоят перед учёными, разрабатывающими такого рода протезы.
Глубокая стимуляция мозга (ГСМ): восстановление моторных и когнитивных функций
ГСМ обладает самым широким спектром применений, восстанавливая или усиливая двигательные, а также когнитивные функции. Она может, согласно исследованиям, использоваться как зонд и модулятор активности в нефункционирующих нейронных цепях, связанных с неврологическими и психическими расстройствами.
Один из способов применения – односторонняя или двусторонняя стимуляция субталамического ядра (STN) и бледного шара (GPi), которая приводит к восстановлению и значительному улучшению различных моторных навыков у пациентов с БП и другими нарушениями движения, такими как первичная дистония. Также учёные через стимуляцию прилежащего ядра (лат. nucleus accumbens), смогли облегчить симптомы у некоторых пациентов с депрессией, устойчивой к фармакологическому лечению. Кроме того, согласно статье Маллет, стимуляция субталамического ядра может освобождать людей с обсессивно-компульсивным расстройством от парализующих обсессий и компульсий.
Нейромодулирующие эффекты ГСМ могут восстанавливать и поддерживать оптимальные уровни нейронной функции, предотвращая крайности дефицита и избытка и способствуя гибкому поведению и адаптируемости к окружающей среде. Но и тут не обошлось без подводных камней: излишняя стимуляция целевых областей или непреднамеренное стимулирование неправильных нейронных цепей в попытке излечить умственные и физические ограничения, вызванные одним типом нейропатологии, может привести к другому типу и иметь не меньшее отрицательное влияние на волю пациента.
Например, в статье Кастриото рассматривается случай, когда при болезни Паркинсона неточная или чрезмерная стимуляция определённых областей мозга вызывала гипердофаминергическую активность, которая приводила к поведенческому растормаживанию и импульсивному или аддиктивному поведению.
Многие ученые приходят к выводу, что этические последствия влияния метода ГСМ с точки зрения пользы и вреда очевидны, судя по отзывам пациентов с болезнью Пакинсона, которые испытывают как облегчение симптомов, так и неврологические и психологические последствия. Растущее использования этой и других инвазивных технологий поднимает этические вопросы, поскольку не все результаты положительные. Некоторые последствия непредвидимы, и нельзя предсказать, какие пациенты будут их испытывать. Это подчёркивает тот факт, что этот тип нейромодуляции для психических расстройств остается экспериментальным и исследовательским. Нейронные мишени ГСМ должны тщательно отобираться, параметры стимуляции – регулироваться в ответ на изменения неврологических и психиатрических симптомов.
Также учёные надеются, что в дальнейшем электрическая стимуляция нефункционирующих нейронных цепей на ранней стадии дегенерации сможет усилить синаптическую связь, высвободить трофические факторы и, возможно, вызвать нейрогенез.
Текст: Анастасия Натрова