ΕΠΙΣΤΗΜΗ και ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ: Πρωτοποριακό εγκεφαλικό εμφύτευμα θα επιτρέπει σε ανάπηρους να χειρίζονται μηχανήματα «εκπέμποντας» ασύρματα τη σκέψη τους

Του Κωστα Δεληιγιαννη

Αμερικανοί επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Brown δημιούργησαν ένα πρωτοποριακό εγκεφαλικό εμφύτευμα το οποίο υπόσχεται ότι στο μέλλον οι άνθρωποι με προβλήματα αναπηρίας θα μπορούν να χειρίζονται υπολογιστές ή ρομπότ «εκπέμποντας» ασύρματα τη σκέψη τους στο μηχάνημα. 

Παρ’ όλο που μέχρι σήμερα έχουν αναπτυχθεί κι άλλοι εμφυτεύσιμοι αισθητήρες που μετατρέπουν την εγκεφαλική δραστηριότητα σε εντολές, το μειονέκτημά τους είναι ότι πρέπει να συνδέονται μέσω καλωδίων με το PC ή το ρομπότ που ελέγχει ο ασθενής, με συνέπεια να είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν. Αντίθετα, η συσκευή του Πανεπιστημίου Brown είναι η πρώτη στον κόσμο που επιτρέπει την ασύρματη μετάδοση των σημάτων.

Το τσιπ έχει εμφυτευθεί εδώ και περίπου 16 μήνες σε τρία χοιρίδια και τρεις πιθήκους ρέζους μακάκους, παρέχοντας στους επιστήμονες λεπτομερή εικόνα για τον τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου των πειραματόζωων. Η συσκευή καταγράφει τα μοτίβα ενεργοποίησης των νευρώνων καθώς τα πειραματόζωα κάνουν διάφορες δραστηριότητες, όπως όταν στρέφουν το κεφάλι τους ανταποκρινόμενα σε κάποιο ερέθισμα ή όταν αγγίζουν ένα αντικείμενο. Το πιο σημαντικό όμως, σύμφωνα με τον καθηγητή του Brown Arto Nurmikko που συντόνισε την έρευνα, είναι ότι η συγκεκριμένη δοκιμή έδειξε πως το εμφύτευμα μπορεί να λειτουργήσει χωρίς κανένα πρόβλημα για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε θηλαστικά μεγάλων διαστάσεων. Ενα αποτέλεσμα, που ο ίδιος υποστηρίζει ότι δημιουργεί τις προϋποθέσεις για να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον και σε ανθρώπους.

Ο Nurmikko σημειώνει ότι το εμφύτευμα συμπεριφέρεται σαν ένα κινητό τηλέφωνο, με τη διαφορά ότι, στη μια άκρη της (ασύρματης) τηλεφωνικής γραμμής, αυτός που μιλάει είναι ο… εγκέφαλος. Βασικό εξάρτημα της συσκευής είναι το τσιπ με τα ηλεκτρόδια, τα οποία εμφυτεύονται στον εγκεφαλικό φλοιό – στη δοκιμή, χρησιμοποιήθηκαν 100 ηλεκτρόδια, αν και το τσιπ επιτρέπει τη σύνδεση πολύ περισσότερων. Μέσω ειδικής καλωδίωσης, το τσιπ διαβιβάζει τα σήματα στον πομπό, έξω από τον εγκέφαλο. Παρ’ όλο που περιέχει την μπαταρία λιθίου που ηλεκτροδοτεί όλο το σύστημα, ο πομπός έχει μικρό μέγεθος, αφού το μήκος του δεν ξεπερνά τα 5,6 χιλιοστά. Επίσης, παίζει διπλό ρόλο, καθώς αρχικά πραγματοποιεί την επεξεργασία των σημάτων, πριν τα μεταδώσει ασύρματα με ταχύτητα 24 Mbps.

Αν και ο τρόπος λειτουργίας του εμφυτεύματος θυμίζει κινητό τηλέφωνο, στην πραγματικότητα σχεδόν όλα τα εξαρτήματά του έπρεπε να δημιουργηθούν από το μηδέν, ώστε να είναι όσο το δυνατόν πιο εύχρηστο. Ενας από τους βασικούς στόχους ήταν να έχει μεγάλη αυτονομία, για να μη χρειάζεται συχνά επαναφόρτιση. Ετσι, τα ηλεκτρονικά του κυκλώματα καταναλώνουν ελάχιστη ενέργεια, μόλις 100 milliwatt, κάτι που οι νευροεπιστήμονες θεωρούν από τα σημαντικότερα επιτεύγματά τους. Οταν η μπαταρία αποφορτισθεί, η ενέργεια μπορεί να αναπληρωθεί με έναν ασύρματο φορτιστή, με τη φόρτιση να γίνεται μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. 

 Παράλληλα, οι ερευνητές έδωσαν ιδιαίτερη έμφαση στην κατασκευή της συσκευής, ώστε να είναι ασφαλής και να μένει ανέπαφη, αν και λειτουργεί σε ένα σημείο του σώματος το οποίο κατακλύζεται από διαβρωτικά υγρά. Γι’ αυτό τον σκοπό, για παράδειγμα ο πομπός περιβάλλεται από ένα περίβλημα από τιτάνιο, το οποίο έχει σφραγισθεί ερμητικά με λέιζερ. Αλλωστε, η ανθεκτικότητα του εμφυτεύματος αποτελεί μια βασική προϋπόθεση για να μπορέσει να εμφυτευθεί και σε ασθενείς, όπου θα πρέπει να παραμείνει για δεκαετίες.

Οι επιστήμονες τονίζουν πως, αν και αναπτύχθηκε εξαρχής με αυτό τον στόχο, η συσκευή δεν έχει πάρει έγκριση για κλινικές μελέτες σε ασθενείς. Γι’ αυτό εξάλλου, στη σχεδίασή της συνεργάστηκαν με νευρολόγους και νευροχειρουργούς από την ερευνητική ομάδα BrainGate, μια κοινοπραξία που ειδικεύεται στη μελέτη εμφυτευμάτων που θα δώσουν τη δυνατότητα σε ασθενείς με κινητικά προβλήματα να ελέγχουν μηχανήματα με τη σκέψη. Για να δοκιμασθεί πάντως σε ανθρώπους, προειδοποιούν, θα πρέπει πρώτα να εξελίξουν τη συσκευή, αυξάνοντας την ασφάλεια και την αξιοπιστία της.

Η συσκευή δοκιμάζεται σε χοιρίδια και πιθήκους

Η ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Brown δημοσίευσε πριν από λίγες ημέρες ένα άρθρο στο περιοδικό Journal of Neural Engineering, όπου περιγράφει τον τρόπο λειτουργίας της συσκευής και παρουσιάζει τα αποτελέσματα των δοκιμών στα ζώα. Στο ίδιο άρθρο αναφέρει ότι οι δοκιμές σε χοιρίδια και πιθήκους ρέζους μακάκους θα συνεχιστούν και στο μέλλον, με καλύτερες εκδοχές της συσκευής. Αλλωστε, αυτά τα πειράματα όχι μόνο θα ανοίξουν τον δρόμο ώστε κάποια στιγμή ο αισθητήρας να πάρει έγκριση για να δοκιμασθεί και σε ανθρώπους, αλλά θα δώσουν επίσης τη δυνατότητα να κατανοηθούν καλύτερα οι εγκεφαλικές λειτουργίες.

Γι’ αυτό τον σκοπό, πολλές επιστημονικές ομάδες τοποθετούν εμφυτεύματα σε πειραματόζωα, εξετάζοντας στη συνέχεια τον τρόπο που αντιδρούν οι νευρώνες σε διάφορα σενάρια. Με τη διαφορά ότι, καθώς αυτά τα εμφυτεύματα πρέπει να συνδέονται μέσω καλωδίων στον υπολογιστή, περιορίζουν το είδος των δραστηριοτήτων που μπορούν να μελετηθούν. Το τσιπ του Πανεπιστημίου Brown είναι ασύρματο, επιτρέποντας επομένως στα πειραματόζωα να κινούνται ελεύθερα. Για παράδειγμα, αναφέρουν οι επιστήμονες, με αυτό τον τρόπο θα μπορέσει να μελετηθεί η λειτουργία των νευρώνων του εγκεφάλου όταν το θηλαστικό τρέχει ή αναζητάει τροφή, κάτι που μέχρι σήμερα δεν μπορούσε να γίνει.

Είναι χαρακτηριστικό πως το αμερικανικό πανεπιστήμιο έχει ξεκινήσει ήδη να συνεργάζεται με την Πολυτεχνική Σχολή της Λωζάννης στην Ελβετία, για τη χρήση της συσκευής σε ζωικά μοντέλα της νόσου Πάρκινσον.

Σκοπός της συνεργασίας είναι να μελετηθεί με μεγαλύτερη λεπτομέρεια ο τρόπος με τον οποίο η ασθένεια επηρεάζει τον εγκεφαλικό φλοιό και πώς αυτή η επίδραση μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου. Ετσι, ελπίζουν ότι θα συμβάλουν στο να βελτιωθούν οι διαγνωστικές τεχνικές για το Πάρκινσον.