Исследователям из Университета Женевы удалось передать ощущения из протезированной конечности обратно в мозг. Оказалось, что, помимо возможности создавать искусственное чувство движения, обучение этому происходит очень быстро.
Ученые создают нейрокомпьютерные интерфейсы с 70-х годов, основная область их применения — протезирование парализованных людей и пациентов с ампутациями. Протезированная конечность управляется напрямую мозгом посредством прочтения (например, вживленными электродами) нейронной активности и последующей ее декодировки. Однако отсутствие сенсорной обратной связи (помимо визуального наблюдения) ограничивает точность и аккуратность движений, так как ощущение движения в большей степени основано на проприоцепции (мышечном чувстве положения частей тела относительно друг друга и в пространстве), а не на зрении.
Группа профессора нейронаук Даниэля Юбера использует неинвазивную технологию двухфотонной микроскопии для считывания активности сотен нейронов с клеточным разрешением. «Мы хотели проверить, смогут ли мыши научиться контролировать нейропротез, используя только искусственную сенсорную обратную связь, — объясняет первый автор работы Марио Прша. — Используя методы нейровизуализации в моторной коре, мы узнавали, когда в мозге мыши активировались определенные нейроны, и пропорционально степени их активности стимулировали нейроны в сенсорной коре». Грызун получал вознаграждение за каждую превышающую порог активацию и после 20 минут обучения становился способен чаще вызывать соответствующую нейронную активность.
Полученные результаты свидетельствуют, что искусственное ощущение было не только воспринято, но и успешно интегрировано как обратная связь движения протеза. Ученые считают, что двусторонняя связь была так быстро усвоена, потому что, по-видимому, вовлекает основополагающие мозговые функции. Чувство положения членов тела является автоматическим и естественным и вполне возможно порождается базовыми нейронными цепями. Подобные двусторонние интерфейсы в будущем смогут позволить ощущать прикосновение к протезам и чувствовать необходимую силу для хватания объектов.
Современные методы также позволили сделать еще одно важное наблюдение. «Мы обнаружили, что животное активирует только один нейрон для контролирования движения протеза, не используя соседние, — добавляет Юбер. — Это очень интересное открытие, так как оно показывает, что мозг может фокусироваться на активности отдельного нейрона». Это позволит не только разработать более точные методы декодировки, но и глубже понять фундаментальные механизмы работы мозга.
Статья опубликована в журнале Neuron.