A mozgatóidegek roncsolódásával járó gerincsérülés vagy az agyvérzés mindeddig a betegek többségénél élethosszig tartó bénultságot okozott. Az agy és a számítógép közvetlen összekapcsolására irányuló, magyar részvétellel zajló kutatások azonban a jövőben visszaadhatják az örökre elveszettnek hitt mozgásképességet.
Tizenöt évvel ezelőtt kapott agyvérzést és bénult meg minden végtagjára az az ötvennyolc éves nő, aki a felvétel tanúsága szerint most egyedül emeli a szájához a flaskát, és iszik belőle szívószálon keresztül. Nem a saját kezével fogta meg az üveget, hanem a kerekes széke mellett felállított, emberi kezet, emberi ujjakat formázó robotkar segítségével. Nem szóval vagy a szemmozgásával vezérli az eszközt, hanem a gondolataival. A The New York Times cikke szerint ez az első igazán sikeres demonstrációja annak, hogy az ember pusztán a gondolataival képes vezérelni egy robotkart. A tudományos bravúrról a világ vezető szakfolyóirata, a Nature számolt be, a kutatócsoportnak pedig a magyar Perge János is tagja.
– Az általunk fejlesztett technológia segítségével a kísérletben részt vevő mozgásképtelen betegek képessé váltak egy robotkar vagy más elektronikus eszköz mozgatására. Reményeink szerint a jövőben a módszer talán lehetővé teszi majd a saját karjuk mozgatását is – mondja Perge János, az amerikai Brown Egyetem BrainGate2 kutatócsoportjának munkatársa, aki korábban az Utrechti és a Pennsylvaniai Egyetemen is dolgozott.
Mindennek hátterében az áll, hogy az alany által elképzelt mozdulatok során apró elektromos impulzusok keletkeznek azon az agyterületen, amely a mozdulatok irányításáért felelős. Ezeket az impulzusokat mérni lehet egy agyba ültetett borsszemnyi méretű érzékelő segítségével. A mért agyi impulzusok alapján a számítógép képes megbecsülni, hogy az alany milyen mozgást próbál végrehajtani még akkor is, ha az illető mozgásképtelen. A komputer ezután gyakorlatilag azonnal képes kivitelezni a mozdulatokat egy robotkarral. A beteg a robotkar mozdulatait látva folyamatosan módosíthatja a mozgást, pusztán azáltal, hogy a saját karmozdulataira gondol.
Az agyba ültetett érzékelőt, amely leginkább egy számítógépes csiphez hasonlít, négy milliméteres mérete dacára 96 apró elektróda hálózata alkotja. Ezek az agy mozgásokat irányító úgynevezett mozgatókérgének azon régiójára illeszkednek, amelyek a kar irányításáért felelősek. Az elektródák az idegsejtek elektromos aktivitását érzékelik, és ezek a sejtek akkor aktívak, amikor a beteg a karja mozgatására gondol. A nagy mutatvány az a dologban, hogy dekódolni tudjuk a karmozgató terület aktivitását, ennek alapján a számítógép megbecsüli a kar ízületeinek és izmainak elképzelt mozgását. Ez ugyanis egyáltalán nem egyértelmű, az ott lévő idegsejtek összehangolt működésétől függ.
Korántsem új a számítástechnikában az agy és a számítógép összekötésének szándéka. Már kereskedelmi forgalomban is kaphatók olyan érzékelők, amelyek a fejre helyezve mérik az agyi aktivitás folytán kialakult és a fejbőrön keresztül is érzékelhető elektromos impulzusokat. Működési elvük megegyezik az orvosi diagnosztikában évtizedek óta használt elektroencefalográf (EEG) elvével, bár egyszerűbb annál. E cikk írója is próbált már ilyen érzékelő segítségével mozgatni egy labdát a számítógép képernyőjén. Ahhoz, hogy némi sikerélményünk legyen ezzel az eszközzel, meg kell tanítanunk a komputert, hogy mit kell érzékelnie, amikor például fel akarjuk emelni vagy magunkhoz akarjuk húzni a labdát. Ezután hosszasan kell gyakorolnunk és erősen koncentrálnunk ahhoz, hogy elkalandozó gondolatainkkal nehogy megzavarjuk a gépet. Az eszköz használata közben az ember azt érzi, hogy nem a komputer lesi az ő gondolatait, hanem neki kell fáradoznia azon, hogy a szenzor csak a megfelelő jeleket érzékelje.
A Perge Jánosék által fejlesztett rendszer más módon működik.
– A technológia használatához nem szükséges gyakorlás, mindössze néhány perces kalibráció, természetesen az érzékelő előzetes beültetése után. A betegek ezután intuitív módon használják a rendszert, egyszerűen azáltal, hogy a saját karjuk mozgatására gondolnak – magyarázza Perge János. – A technológiát elvileg minden olyan beteg képes lenne működtetni, akinek a karmozgásáért felelős agyterülete épen maradt.
Jelenleg a robotkar csak a technológia képességeinek demonstrálására szolgál. Miután sikeresen „olvasták” a beteg mozgató szándékait, a legkülönfélébb számítógépes eszközöket vezérelhetnek a segítségükkel. Például a kísérletben részt vevő betegek irányítani tudták a komputer képernyőjén lévő egérkurzort, mozgás- és beszédképtelenségük ellenére képesek voltak szöveges üzenetek kibetűzésére egy virtuális billentyűzeten, és szörfölni tudtak az interneten. A kutatók következő célja, hogy robotkar helyett az illető a saját mozgásképtelen karját irányítsa. A mozgatást az izmok összehangolt, finom elektromos ingerlésével valósítanák meg.
Az a tény, hogy a robotkar nem a betegek vállára csatolva (mintegy az eredeti karjuk helyén), hanem velük szemben, egy állványon dolgozik, és az alanyok ennek ellenére képesek használni, Perge János szerint az idegrendszer lenyűgöző alkalmazkodóképességét mutatja. Mindenféle tudatos tanulás nélkül az agy elfogadja, hogy az új „végtag” mostantól fogva a test része, és ennek megfelelően irányítja. Ugyanúgy, ahogy a teniszező pontosan olyan kifinomultan tud bánni az ütővel, mintha a saját tenyere lenne, a robotkart használó betegek is képesek erre. Ez egyáltalán nem olyan bonyolult probléma, mint első hallásra gondolnánk.
A kutatás jelenlegi fázisában az agyba ültetett érzékelő vezetékkel kapcsolódik a számítógéphez, a fejbőrön lévő konnektoron keresztül. A technikai fejlesztés egyik fontos iránya az, hogy vezeték nélküli kapcsolatot létesítsenek a parányi szenzor és a számítógép között. Hiszen így nem lenne szükség csatlakozóra és vezetékekre. A kutatók azon is dolgoznak, hogy az idegi jelek feldolgozásáért és az eszközök mozgatásáért felelős számítógép elektronikáját miniatürizálják egy okostelefon méretű eszközzé, amelyet például az övükön viselhetnének a betegek. Emellett azt is meg kell oldaniuk, hogy a technológia megbízhatóan működjön hónapokon, éveken keresztül. Az ezt célzó kutatást irányítja Perge János.
Természetesen a kísérletek végeztével minden elektronikus eszközt eltávolítanak a betegek fejéből. Noha a kutatók elviszik az alanyok otthonaiba a robotkart (amelyet csak a tesztek idejére működtethettek), így is látható, hogy nagy áldozatot követelt tőlük a kutatásban való részvétel. Mindezt úgy, hogy tudják: valószínűleg az ő életükben már nem születik meg a kutatások eredményeként a számukra is elérhető segédeszköz.
– Nagyon hálásak vagyunk a klinikai kísérlet résztvevőinek, mert előrehaladott betegségük ellenére önzetlenül vállalták a kísérlettel járó megterhelést a jövő mozgásképtelen vagy amputált betegeinek megsegítésére – jegyzi meg Perge János. – Reményeink szerint a technológia további fejlődésével egyre hatékonyabb, kisebb, megbízhatóbb és legfőképpen olcsóbb érzékelők és a hozzájuk kapcsolható elektronikus eszközök jelennek meg. Munkánk célja, hogy áthidaljuk a funkcionálisan ép mozgatókéreg és a működőképes izmok között megszakadt összeköttetést. Ezáltal egyszer sokak számára megadatik annak lehetősége, hogy legyűrjék a betegség vagy sérülés következtében létrejött mozgásképtelenséget a tudatuk által vezérelt mesterséges végtagokkal vagy saját paralizált végtagjaiknak tudatos irányításával.
2013. június 29.
