Создан мозговой имплант, для возврата зрения ослепшим

Питер Роэльфсема – научный директор Нидерландского института нейробиологии. Исследовательская группа под его руководством 3 декабря опубликовала в журнале Scienceстатью о восстановлении зрения у незрячих людей. Точнее, на людях эти наработки начнут тестировать лишь через пару лет, а пока что «прозревают», под воздействием мозговых имплантов с электродами, макаки.

Нидерландский институт нейробиологии (Netherlands Institute for Neuroscience, NIN) был основан 1 июля 2005 года в результате слияния Нидерландского института исследований мозга (NIBR) и Нидерландского института офтальмологических исследований (NORI). Сейчас это один из НИИ Королевской Нидерландской академии искусств и наук (KNAW), который проводит неврологические исследования с особым акцентом на мозг и зрительную систему. Также в NIN входят такие организации, как Нидерландский мозговой банк и Нидерландский регистр сна.

История NIBR восходит к началу ХХ века. Собрание Международной ассоциации академий, состоявшееся в Париже в 1901 году, привело в 1904 году к созданию Международного академического комитета по исследованию мозга и основанию нескольких институтов исследования мозга в Европе, в том числе в 1908 году «Нидерландскогоцентральный институт исследований мозга». Под руководством профессора Корнелиуса Уббо Ариенса Капперса (директор 1909–1946) и его преемников институт приобрел международную репутацию центра превосходных исследований мозга. Первоначально ориентированный на сравнительную нейроанатомию, институт позже превратился в многопрофильный центр с выдающейся исследовательской базой.

NORI был основан в 1972 году как межвузовский институт для проведения фундаментальных исследований. База данных офтальмогенеза, основанная профессором Дж. У. Деллеманом (его именем назван окулоцереброкутанный синдром), и систематический функциональный анализ зрительной системы, инициированный профессором Х. Спекрейсе, сделали институт всемирно признанным центром исследований зрения. В конце 90-х годов цель исследования все больше фокусировалась на функционировании зрительной системы и ее связи с мозгом. 

NIN руководит совет директоров, в состав которого входят Питер Роэльфсема, его заместитель Крис де Зеув и управляющий директор Каспер Хейсер. Этот совет наблюдает за деятельностью 17 исследовательских групп, возглавляемых учеными с мировым именем: Инго Виллун, Крис Де Зеув, Александр Хеймель, Инге Уитинга, Андрис Кальсбек, Маартен Камерманс, Евгения Сальта, Кристиан Кайзерс, Маартен Коле, Кристиан Левелт, Кристиан Ломанн, Питер Роэльфсема, Дик Свааб, Юс Ван Сомерен, Йост Верхаген, Сюзанна Ла Флер, Валерия Газзола.

 Одна из сильных сторон NIN — его исследовательская инфраструктура. В институте имеется несколько установок микроскопии с двухфотонным возбуждением для получения изображений мозга in vivo на клеточном и субклеточном уровне, лаборатории ЭЭГ высокой плотности и многоэлектродные записывающие системы. В институте также есть большая механическая мастерская, которая оказывает техническую поддержку своим научным сотрудникам и помогает совместно разрабатывать новые исследовательские инструменты. Кроме того, NIN является важным участником современного центра магнитно-резонансной томографии Spinoza Center for Neuroimaging, в котором размещены системы 3T и 7T MRI для нейробиологии человека, который находится в том же помещении. 

Хотя институт фокусируется на понимании фундаментальных механизмов, лежащих в основе функции мозга, его исследования охватывают развитие, пластичность и старение мозга и часто связаны с вопросами клинических исследований ( видео).

Итак, вот в чём состояло исследование, описанное в журнале Science. В кору головного мозга макак вживили импланты с 1024 электродами. Электроды проводят электрические сигналы в мозг, стимулируя ту часть его коры, которая отвечает за зрение. В результате сигналы преобразуются в изображение. Стимулируя кору одним электродом, можно получить изображение одной точки. Но когда используется набор электродов, можно создать полное изображение.

«Количество электродов, которые мы имплантировали в зрительную кору, и количество искусственных пикселей, которые мы можем создать для создания искусственных изображений с высоким разрешением, беспрецедентно», — говорит Роэльфсема.

Обезьяны сначала должны были выполнить простую поведенческую задачу, в которой они двигали глазами, чтобы сообщить местоположение фосфена, который был вызван во время электростимуляции через отдельный электрод. Они также были протестированы на более сложных задачах, таких как задача направления движения, в которой микростимуляция производилась на последовательности электродов, и задача распознавания букв, в которой микростимуляция подавалась на 8-15 электродов одновременно. 

Обезьяны успешно распознавали формы и образы, включая линии, движущиеся точки и буквы, используя свое искусственное зрение.

«Наш имплант взаимодействует напрямую с мозгом, минуя предыдущие этапы обработки изображений через глаз или зрительный нерв. Следовательно, в будущем такая технология может быть использована для восстановления слабого зрения у слепых людей, которые получили травму или дегенерацию сетчатки, глаза или зрительного нерва, но чья зрительная кора головного мозга остается нетронутой», — объясняет Син Чен, исследователь в команде Роэльфсемы.

Это исследование закладывает основы нейропротезного устройства, которое могло бы позволить глубоко слепым людям восстановить функциональное зрение и узнавать объекты, ориентироваться в незнакомой обстановке и легче взаимодействовать в социальных условиях, значительно улучшая их независимость и качество жизни.

По словам Питера Роэльфсемы, в будущем человек сможет видеть с помощью камеры, встроенной в очки. Изображения с камеры будут преобразовываться в электрический ток и направляться к имплантам. А те, в свою очередь, активируют соответствующие клетки, и человек сможет рассмотреть предметы. Ведущий исследователь надеется, что тестировать инновацию на людях можно будет года через два.