Wissenschaftler testen bereits einzigartige Geräte, die dem Menschen immense Perspektiven eröffnen.
- Cybermedicine ist die Einführung verschiedener Geräte in den menschlichen Körper, die dazu beitragen, körperliche Behinderungen zu korrigieren, schwere Krankheiten und deren Folgen zu bekämpfen, um ein normales, erfülltes Leben so weit wie möglich zu verlängern. - erklärt der Laborleiter des Instituts für höhere Nervenaktivität und Neurophysiologie der Russischen Akademie der Wissenschaften, Doktor der Biowissenschaften. Professor Alexander Frolov.
Der führende Wissenschaftler befasst sich mit der Untersuchung der Struktur des Gehirns auf der Ebene von Neuronen, der Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen und deren Verwendung für die Rehabilitation von Patienten nach Verletzungen und Krankheiten. Im Rahmen der wissenschaftlichen Vorlesung - 2045, die in Moskau stattfindet, sprach der Experte über die neuesten Fortschritte auf dem Gebiet der Cybermedizin in Russland und anderen Ländern sowie über die aufregenden Perspektiven, die sich vor der Menschheit eröffnen.
SIEHE MIT DEM GEHIRN
„Nierenprothesen sind weltweit bereits weit verbreitet: Geräte, die diese Organe ersetzen, können bis zu 40 Jahre im menschlichen Körper arbeiten“, erinnert der Wissenschaftler. - Ein künstliches Herz kann zwischen 2 und 7 Jahren das menschliche Leben unterstützen. Lungen- und Leberprothesen werden aktiv entwickelt. Die Erfolge hier sind jedoch nicht so beeindruckend: Das Hauptatmungsorgan „lebt“nicht länger als 6 Monate und die Leber arbeitet nur 4 Tage. Dies ist jedoch nur der Anfang.
Gleichzeitig gelang es der Cybermedizin, etwas zu tun, das die Vorstellungskraft verwirrt und vielen immer noch als Science-Fiction erscheint: die Prothetik des komplexesten Systems visueller Organe.
Wie Sie wissen, erblinden Menschen häufig aufgrund des Todes von Netzhautzellen - dies ist die Hülle des Auges, die das Bild wahrnimmt und es in Nervenimpulse umwandelt. Sie werden an das Gehirn übertragen, dort entschlüsselt und wir erhalten die üblichen visuellen Bilder von Objekten - wir sehen sie. Für diejenigen, die eine solche Gelegenheit aufgrund von Verletzungen oder Krankheiten verloren haben, hat der amerikanische Wissenschaftler und Augenarzt William Dobelle aus New York ein einzigartiges Gerät entwickelt.
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„Eine Person setzt eine Brille auf, in die eine kleine Fernsehkamera eingesetzt ist, und das optische Signal geht an einen Elektrochip, der in den visuellen Kortex des Gehirns am Hinterkopf implantiert ist“, erklärt Alexander Frolov. - Der Chip besteht aus Elektroden, wenn sie angeregt werden, gibt es Lichtblitze - Phosphene (Sie können sie sich vorstellen, wenn Sie leicht auf ein geschlossenes Auge drücken). Somit wird das von der Fernsehkamera kommende visuelle Bild in einen bestimmten Satz von Lichtblitzen umgewandelt. Zunächst erscheinen sie einem Menschen chaotisch und ungeordnet, aber mit dem Training und der Verwendung im Alltag beginnt das Gehirn zu erkennen und sich daran zu gewöhnen, dass jedes Objekt dem einen oder anderen Blitzmuster entspricht.
„Es wurden ungefähr 20 Operationen durchgeführt, sie waren erfolgreich, einer der Patienten konnte sogar ein Auto fahren“, sagt Professor Frolov. Im Jahr 2004 starb Dr. Dobelle, der sein Institut in New York gründete, aber seine Kollegen in den USA und anderen Ländern forschen weiter, damit Blinde umfassendere Bilder der Welt um sie herum erhalten können.
WIE GEDANKENKRAFT EINEN ROBOTER STEUERT
Im Labor von Alexander Frolov wurde ein Experiment durchgeführt: Ein enzephalographisches Netz wird auf den Kopf einer Person gelegt, das die elektrischen Signale des Gehirns liest und zur Erkennung an einen Computer überträgt. Das Motiv sitzt vor dem Bildschirm, das Ziel wird auf dem Monitor eingestellt, und es wird empfohlen, den Cursor darauf zu bewegen … durch die Kraft des Denkens.
„Wenn wir uns eine bestimmte Bewegung vorstellen, erscheint im Gehirn ein entsprechendes elektrisches Signal“, erklärt der Professor. "Wenn Sie dieses Signal abfangen und mit einem Computer entschlüsseln, können Sie den erforderlichen Befehl an ein externes Gerät senden und so steuern."
Ein ähnlicher Algorithmus wurde in der Praxis von einem der Pioniere der Neurozybernetik, Professor John Donahue von der Brown University (USA), verwendet. Bei zwei Patienten - einer 58-jährigen Frau, die vor mehr als 15 Jahren gelähmt war, und einem 66-jährigen Mann, der nach einem Schlaganfall vollständig immobilisiert war - wurden Neurochips in den motorischen Kortex implantiert. Signale vom Gehirn gingen an einen Computer, wurden verarbeitet und an einen Manipulator übertragen - einen Roboter in Form einer Hand.
Die Patienten mussten sich vorstellen, die künstliche Hand in die richtige Richtung zu bewegen. Die Frau trainierte 4 Tage und konnte so selbständig ihre Roboterhand nehmen und sich eine Thermoskanne Kaffee bringen. Dem Mann gelang es, die Prothese schneller zu beherrschen: Er konnte den Manipulator bald mit der Kraft des Denkens steuern, so dass die Cyberfinger die Schaumkugel packten und drückten.
"Wir sind kurz davor, zu den Gelähmten zurückzukehren, die in der Lage sind, Routinemaßnahmen durchzuführen, die Milliarden von Menschen im normalen Leben ausführen, ohne darüber nachzudenken, wie es funktioniert", sagte Dr. Donahue in einem Interview. Wissenschaftler arbeiten nun daran, einen künstlichen Arm mit schnellerer und flexiblerer Kontrolle zu schaffen.
PROSTHESE KANN "FÜHLEN"
„Die Cyberprothetik entwickelt sich weltweit für diejenigen, deren Arme oder Beine amputiert sind“, fährt Alexander Frolov fort. Eines der auffälligsten Beispiele ist der südafrikanische Läufer Oscar Pistorius. Mit Prothesen anstelle beider Beine gewann er viele Paralympische Spiele und trat sogar erfolgreich mit gesunden Athleten an.
Darüber hinaus war es Pistorius mehrere Jahre lang verboten, an gewöhnlichen Rennen teilzunehmen, unter dem Vorwand, dass einzigartige Prothesen Vorteile gegenüber menschlichen Beinen bieten. Aber dann wurde das Verbot aufgehoben (jetzt wird Pistorius des Mordes an seiner Freundin, einem Fotomodell, beschuldigt, er wird vor Gericht gestellt).
Im vergangenen Jahr kam der berühmte "Cyborg-Mann" Nigel Ekland nach Russland. Auf einer Pressekonferenz zeigte er Reportern, wie geschickt er eine bionische Prothese manipuliert und einen amputierten rechten Arm vom Ellbogen ersetzt. Nigel bedient sich voll und ganz zu Hause: kocht, fährt Auto, tippt am Computer.
„Ich muss mir nur vorstellen, dass ich einen Ball kneife. Ein Signal vom Gehirn gelangt in den Stumpfmuskel, der sich zusammenzieht und einen Impuls an den Prothesenmotor überträgt. Dann biegen sich die Cyberpicks und ich kann etwas nehmen “, erklärt Ekland.
Jetzt treten Wissenschaftler in die nächste Phase ein: Schaffung eines Systems, das Signale nicht nur vom Gehirn an ein externes Gerät, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung überträgt. Das heißt, über einen Computer kann das Gehirn die Eigenschaften von Objekten erkennen, die die Prothese berührt. Tatsächlich wird eine Person lernen, ihre künstliche Hand zu „fühlen“!
„Dazu muss das System mit Rezeptoren ausgestattet werden, die Änderungen in der Konfiguration eines Objekts erkennen und taktile Signale empfangen. All dies ermöglicht es, ein Gefühlsgefühl an das Gehirn zu übertragen“, zeichnet Alexander Frolov ein Bild, das die Fantasie in seinen Bann zieht.
Infolgedessen wird das Management von Prothesen so nah wie möglich an der vollen Wirkung menschlicher Hände und Füße sein. Hochempfindliche Roboter können für die komplexesten Operationen in Medizin, Forschung und Entwicklung sowie in anderen Bereichen unseres Lebens eingesetzt werden.
HIRN + COMPUTER ZUR WIEDERHERSTELLUNG NACH DEM SCHLAG
Die Zahl der Patienten mit Gehirnblutungen wächst sowohl in unserem Land als auch auf der ganzen Welt. Eine der schwerwiegendsten Folgen eines Schlaganfalls ist eine Lähmung, die aufgrund einer Schädigung des motorischen Bereichs des Gehirns auftritt. In diesen Fällen kann die kybernetische Medizin bei der Rehabilitation helfen. Dies ist das Projekt, an dem das Team von Professor Frolov derzeit unter der Schirmherrschaft des Gesundheitsministeriums mit Kofinanzierung der Russischen Stiftung für Grundlagenforschung (RFBR) arbeitet.
„Es ist erwiesen, dass, wenn sich eine Person die Bewegungen ihrer Arme oder Beine vorstellt, dieselben Teile des Gehirns aktiviert werden wie bei realen Bewegungen“, sagt Alexander Alekseevich. Während des Trainings werden die Patienten auf enzephalografische Kappen gesetzt, die Gehirnsignale lesen, und die Körperteile, die "gerührt" werden müssen, werden in ein Exoskelett eingeführt - ein Gerät, das an einen Computer angeschlossen ist und die Form des Körpers wiederholt.
Die Person wird gebeten, sich beispielsweise vorzustellen, wie sie den Arm lockert - denn nach einem Schlaganfall werden die Hände oft zusammengedrückt und es ist unmöglich, sie alleine zu lösen (dies wird als Spastik bezeichnet). Über einen Computer wird ein Signal vom Gehirn an das an der Hand getragene Exoskelett übertragen, und das Gerät öffnet die Hand. „Die Bedeutung dieses Verfahrens besteht darin, dass, wenn eine imaginäre Bewegung mit der Realität zusammenfällt, selbst wenn sie mit Hilfe eines externen Geräts erreicht wird, einzigartige plastische Veränderungen im Gehirn stattfinden - Prozesse, die die motorische Funktion wiederherstellen“, erklärt Professor Frolov.
Bisher ist dies eine experimentelle Technologie, an der 20 Patienten beteiligt sind. Es wird davon ausgegangen, dass die klinischen Studien zur neuen Rehabilitationsmethode noch drei Jahre dauern werden. Wenn ihre Wirksamkeit bei der Mehrheit der Patienten bestätigt wird, kann die kybernetische Technologie in die offiziellen russischen Standards für die Schlaganfallrehabilitation eingeführt werden.
