Paralizovani čovek mislima kontroliše svoju robotsku ruku

Kada je Erik Sorto imao 21. godinu, posle ranjavanja je ostao paralizovan od vrata naniže. Više od deset godina kasnije, cedio je voće u sobi punoj dece sa povredama mozga. Poslednje dve godine, Sorto je isprobavao neuronski implant uz pomoć koga može mislima da pomera svoju robotsku ruku.

Nedavno je tom rukom ostavario cilj koji je sebi zadao: sam je popio gutljaj piva.

Sorto, koji sada ima 34 godine, je prva osoba na svetu kojoj je usađen neuronski protetički uređaj u deo mozga koji se zove zadnji zidni korteks (ZZK), kojim planiramo svoje pokrete.

Najkraće rečeno, dva niza elektroda usađena u Sortov mozak čitaju neuronske signale. Kada se Sortov implant poveže sa računarom, algoritimi dešifruju te signale i pretvaraju ih u pokrete robotske ruke.

„Želeo sam da učestvujem u ovom projektu i u pronalaženju rešenja", rekao mi je Sorto. „Srećan sam što dajem mali doprinos projektu koji ima potencijal da pomogne mnogim ljudima sa invaliditetom da budu nezavisniji".

Za zajednički poduhvat, koju predvode istraživači iz SAD, sa Kalteka, medicinskog fakulteta Univerziteta južne Kalifornije, i iz rehabilitacionog centra Rančo Los Amigos, koriste se pređašnja istraživanja protetičkih uređaja usađenih u motorički korteks – deo mozga koji kontroliše pokrete mišića. Istraživači se nadaju da će usađivanjem neuronskog implanta u zadnji zidni korteks proizvesti nivelisanije pokrete robotske ruke. Istraživanje ove grupe ima za cilj testiranje bezbednosti, kao i efikasnosti usađivanja neuronskog implanta u zidni korteks radi kontrole robotizovane naprave.

Čarls Liu, glavni hirurg projekta i direktor USC centra za restauraciju neurona, kaže da motorički korteks raščlanjava svaki pojedinačni pokret bilo kakve akcije. Ako posegnete za čašom vode, motorički korteks će vam prvo reći da ispružite lakat, raširite šaku i skupite prste oko čaše. S druge strane, zadnji zidni korteks nam omogućava da se krećemo intuitivnije, jer tretira akciju kao jedan kombinovani pokret.

„Prednost ovog dela mozga (zidnog korteksa) je u tome što u njemu postoji mnogo više nivo komande. Vojničkim rečnikom rečeno, tu imamo celo lanac komande, od glavnokomandujućeg, do redova na terenu", rekao nam je Liu u telefonskom intervjuu. „Motorički korteks je kao oficir srednjeg ranga, dok je zidni korteks na mnogo višem položaju".

Ali usađivanje neuronskog implanta u novu oblast mozga nije nimalo lak podvig. Odluka da se uređaj umetne u zidni korteks je zasnovana na ranijim istraživanjima, MRI skenovima i skoro desetogodišnjem istraživanju u laboratoriji profesora neurologije Ričarda Andersena na Kalteku.

„Ovo ranije nije isprobano u upotrebi, i dr Andersen je ocenio da je u pitanju veoma ambiciozan projekat. Napravili smo plan i usadili implant"; kaže Liu.

Sortova operacija je bila visoko rizična, zbog toga što je kvadriplegičar. Ali Liu kaže da su prilikom operacije izazovi bili drugačiji: kao prvo, implanti nikada ranije nisu bili usađivani u zadnji zidni korteks; i kao drugo, sami implanti su veoma krhki.

„Čitav niz je veličine četiri puta četiri milimetara, a sastoji se od oko 100 veoma tananih mikro-kablova, dugačkih otprilike 1,5 milimetar. Ako se vrhovi mikro-kablova oštete, onda nećemo imati očitavanja, čak iako je niz na pravom mestu, i to bi moglo da podrije rezultate studije", objašnjava Liu.

Sorto mi je rekao da nije imao nikakvih sumnji pre operacije. „Moja mama, pošto je majka kao i svaka druga, je bila nervozna pre operacije, kao i moji sin, ćerka i brat od strica", rekao je. „Ali kada sam im objasnio koje su prednosti, i da će to pomoći mnogim drugim ljudima s invaliditetom, postali su entuzijastični". Sorto se priprema za operaciju. Fotografija: Spenser Kelis, Kaltek

Sortu je usađen neuronski protetički implant u aprilu 2013, u bolnici Kek na USC-u. „U početku mi je bilo teško da je koristim. Dva dana nakon operacije, imao sam bolove. Ali da budem iskren, ni ne osećam ih. Ne bole me, niti mi smetaju", rekao je Sorto. „Obično me ljudi podsete na njih kada zure u stalke (dva ispupčenja gde neuronski implanti izlaze iz Sortove lobanje)".

Mesec dana nakon operacije, Sorto je počeo da uz pomoć istraživača sa Kalteka i osoblje sa Ranča Los Amigosa uči da mislima kontroliše kompjuterski kursor i robotsku ruku. Prva faza je bila da Sorto uz pomoć nekoliko polaznika postdoktorskih studija na Kalteku ili gleda, ili zamišlja robotsku ruku kako se pomera. To je omogućilo istraživačima da Sortove neuronske signale pretvaraju u komande koje kontrolišu robotsku ruku.

I logističke operacije su bile prilično intenzivne. „Morali smo da osmislimo eksperimente, softver za njih, i da radimo na algoritmima koji će kontrolisati robotsku ruku", kaže Spenser Kelis, polaznik postdoktorskih studija neuronske protetike u Andersonovoj laboratoriji. „Taj lanac uključuje i očitavanje neuronskih podataka, i transfer neuronskih podataka u softver koji pokreće ruku".

Ali sav taj naporni rad se isplatio. Kelis nam je rekao da je prizor Sorta koji po prvi put sam pokreće ruku bio jedan od najboljih prizora koji je u životu video.

„Erik je jednostavno bio u stanju da sasvim precizno orijentiše ruku. Svi smo se cerekali. To je stvarno bio kul dan", kaže Kelis.

Sorto nam je rekao da je sam proces zapravo bio prilično jednostavan. „Prvo što sam uspeo da uradim je bilo da izvrnem zglob robotske ruke. Za to mi je trebalo veoma malo napora", rekao je. Sorto je gledao dok su istraživači pomerali svoje ruke, i svojim mislima pokušavao da ponovi pokret robotskom rukom. „Samo sam ponavljao ono što istraživači rade. Bio sam veoma uzbuđen. Kada smo videli da funkcioniše, osetio sam se kao da sam izašao iz tela, želeo sam da jednostavno ustanem iz kolica, bacim kosku svima i zagrlim sve prisutne".

Sorto je za sada naučio da pokazuje prstom po sobi, da uzme nešto i premesti ga na drugo mesto, da cedi voće, malo crta, igra „zime-zame-zum", kao i svoju omiljenu radnju: da popije pivo.

„Kada sam po prvi put sam popio pivo, bio sam ekstatičan. Na nekoliko trenutaka sam zaboravio da sam nepokretan", kaže Sorto. „Imamo izazove i teške dane. U danima kada sam pod većim stresom, ruka ne funkcioniše toliko dobro kao drugim danima".

U sledećoj fazi, u Andersonovoj laboratoriji će se raditi na uvođenju osećaja dodira kod neuronske proteze. „Ako neko kontroliše robotsku ruku, može da je vidi i da dobije povratnu informaciju o tome šta se događa, ali ništa ne može da se uporedi sa povratnom informacijom koju bi imao kao posledicu prirodnog osećaja dodira koja trenutno odlazi u mozak, kada nervi funkcionišu", kaže Kelis.

Kelis objašnjava da žele da reprodukuju osećaj dodira tako što će vraćati signale direktno u mozak, baš kao što ga i očitavaju iz njega. Ideja je da sprovode male električne impulse u somatosenzorni korteks, deo mozga koji obrađuje čulne transmisije koje dolaze preko kože.

„U idealnom slučaju, robotska ruka koja se koristi će imati senzore, i kada dodirne nešto, signal dodira će biti poslat nazad", kaže Kelis. „To je dramatična promena načina interakcije između mozga i mašine. Do ovog trenutka, radilo se uglavnom samo na kontroli, ali sada pokušavamo da se bavimo i kontrolom i osećajem".

Istraživači takođe nameravaju da ispituju i ostale delove mozga, i istražuju mogućnost kombinovanja neuronskih informacija i iz motoričkog i iz zidnog korteksa. Rok trajanja implanta je takođe pod znakom pitanja. „Erik ga ima već tri godine, ali šta će biti za deset ili dvadeset godina?", pita se Liu. Primećuje i da će u budućnosti postojati mogućnost da se usađuju bežični implanti.

Sorto mi je preko telefona rekao da mu i dalje nedostaju finije stvari u životu. „Pošto sam nepokretan, stvarno mi nedostaje da sam vodim računa o svojoj higijeni i izgledu. Voleo bih da to sledeće pokušam. Želim da pokušam da operem zube i da se obrijem", rekao je.

Pošto je u pitanju kliničko ispitivanje, Sorto učestvuje znajući da bi, iako ne može da odnese ovu tehnologiju kući, njegov doprinos mogao da pomogne gomili drugih ljudi koji bi u budućnosti mogli da imaju korist od neuronskih implanta. „Erik je velikodušan na način koji mnogi od nas nikada neće razumeti", kaže Keils. „Dozvolio je da mu se usade te elektrode samo da bi pomogao ljudima kojima bi ova tehnologija mogla da pomogne u budućnosti".

Dr Mindi Ajsen, vodeći stručnjak za rehabilitaciju na Ranču Los Amigos je rekla da bi ova tehnologija mogla potencijalno da pomogne ljudima koji pate od amiotrofične lateralne skleroze, ili onima koji su imali moždani udar. „U poslednjih deset godina nije došlo do nekog velikog napretka kada su u pitanju povrede kičme, uprkos silnom radu sa matičnim ćelijama. Verujem da bi za naše pacijente generealno bilo veoma dobro da vide da nikada nećemo odustati od istraživanja novih načina na koje bismo ih lečili", kaže Ajsenova, komentarišući Erikovo učešće u ispitivanju na Ranču Los Amigos.

Krajnji cilj je takođe i to da ova tehnologija bude jeftinija i dostupnija većem broju ljudi.

„Ja se nadam da će ova tehnologija u budućnosti omogućiti ljudima da budu nezavisniji", kaže Sorto. „Ja lično bih voleo da mogu sam da održavam higijenu i da se hranim. Nadam se da će ljudi moći da koriste tehnologiju moždanog kompjuterskog interfejsa za upravljanje kućnim aparatima, kao i u svojoj zajednici".

Pratite VICE na Facebooku, Twitteru i Instagramu