Elektrody vrátily muži řeč
Pacient kompletně ochromený amyotrofickou laterální sklerózou se domlouvá s okolím prostřednictvím počítače, který registruje aktivitu neuronů v jeho mozku.
Šestatřicetiletého muže z Německa zcela ochromila amyotrofická laterální skleróza. Dýchá jen díky umělé plicní ventilaci. Teď však bez cizí pomoci napsal: "Miluji svého skvělého syna." Ještě před šesti lety muž ovládal svaly očí. S rodinou komunikoval díky zařízení, které převádělo pohyb oka na povely pro počítač. V roce 2017 mu ale začaly odumírat také okohybné svaly. Hrozilo, že zůstane "uzamčený" v ochrnutém těle se zachovaným zrakem, sluchem a čichem, ale bez možnosti cokoli sdělit svým blízkým.
Rodina proto kontaktovala lékaře z univerzity v německém Tübingenu a požádala je o možnost využít nově vyvíjený komunikační systém. Pacient dal pohybem očí s tímto záměrem najevo jasný souhlas, a tak mu neurochirurgové voperovali do mozku dva miniaturní systémy elektrod. Každý snímá vzruchy z neuronů mozkového centra řídícího pohyb a posílá je k rozluštění do počítače.
Dorozumívání s pacientem zpočátku vázlo. Vědci ho požádali, aby se pokusil pohnout rukama, nohama, hlavou nebo jen očima. Tělo se zničenými nervy takové povely mozku nedokáže splnit. Vědci ale předpokládali, že představa pohybů změní aktivitu mozku charakteristickým způsobem.
Pak by mohli s pacientem komunikovat třeba tak, že by představa pohybu nohama znamenala "ano" a aktivita mozku odpovídající pohybům rukou by signalizovala "ne". Mozek pacienta ale reagoval na představy pohybu chaoticky. Speciální algoritmy počítače neodhalily v zachycených signálech žádný systém.
Mozek promluvil
Koncem roku 2018 ochrnuly pacientovi okohybné svaly a ztratil možnost komunikace s okolím. To byla z etického hlediska nesmírně komplikovaná situace. Kdyby si ochrnutý muž v téhle chvíli účast v experimentu rozmyslel a rozhodl se z něj odstoupit, nemohl to dát nijak najevo. Po čtvrt roce neúspěšných pokusů vědci změnili strategii. Signál zachycený elektrodami převedli na zvuk. Kmitočet zvuku rostl, pokud se aktivita neuronů v blízkosti elektrod zrychlovala, a naopak klesal, když se aktivita těchto neuronů zpomalila. Lékaři pacienta vyzvali, aby se představami pohybu pokusil změnit výšku tónu. Ochrnutý muž dokázal svými představami ovlivnit frekvenci zvuku už první den. A po dvanácti dnech zvládl i cílené zvýšení nebo snížení tónu.
"To byla rajská hudba pro naše uši," přiznal vedoucí výzkumného týmu Ujwal Chaudhary působící na univerzitě v Tübingenu. Když chtěl pacient vyjádřit souhlas, držel tón na vyšších frekvencích. Když nesouhlasil, pak frekvenci tónu snížil. Mohl tak vybírat z abecedy jednotlivá písmena, skládat z nich slova a celé věty. Dokázal komunikovat s rodinou a dával najevo svá přání. První srozumitelnou větu napsal po třech týdnech tréninku.
Požádal v ní ošetřovatelku, aby ho obrátila na lůžku. Tempem jedno písmeno za minutu pak skládal i další přání. Na dotaz, nač má chuť, odpověděl: "Na gulášovou nebo hráškovou polévku." Jindy požádal, aby mu pustili album od kapely Tool, a to pěkně nahlas. Vědcům také prozradil, že výšku tónu řídí představou pohybu očí.
Podobné experimenty proběhly už v roce 2016. Tým vedený Mariskou Vansteenselovou z univerzity v nizozemském Utrechtu tehdy voperoval ženě s pokročilou amyotrofickou laterální sklerózou elektrody do mozkového pohybového centra a dokázal s ní komunikovat. Systém snímal signály, které vznikaly v mozku, když si žena představovala pohyby rukou.
Tato pacientka však měla nad rukou stále určitou kontrolu. Proto bylo jasné, že z mozku putují do ruky smysluplné signály. Německý pacient byl kompletně ochrnutý. O charakteru signálů z jeho mozku neměli vědci jasnou představu. "Opravdu jsme pochybovali, že je něco takového vůbec možné," řekla o německém experimentu Mariska Vansteenselová v rozhovoru pro vědecký časopis Science.
Úskalí komunikace
Každý den nebyl pro komunikaci s pacientem příhodný. Jak uvádí Chaudharyho tým ve studii publikované vědeckým časopisem Nature Communications, ze sto třiceti pěti dní dokázal počítač identifikovat signály z pacientova mozku s více než osmdesátiprocentní spolehlivostí jen ve sto sedmi dnech. Srozumitelné věty se pacientovi dařilo skládat jen ve čtyřiačtyřiceti dnech.
"Můžeme se jen dohadovat o tom, co se dělo ve dnech, kdy komunikace vázla," říká Vansteenselová. "Pacient mohl být ospalý nebo prostě jen neměl tu správnou náladu a neurony, které představami zaměstnával, se pak mohly nacházet dál od elektrod."
"Je to skvělé," komentuje pro Science studii neuroložka Melanie Fried-Okenová z Oregonské univerzity. "Vyžadovalo to však stovky hodin strávených vytvářením, otestováním a údržbou systému šitého na míru danému pacientovi. Rozhodně se neblížíme k situaci, kdy by si podobnou technologii mohly pořizovat rodiny pro komunikaci se svými ochrnutými příslušníky."
Chaudharymu a jeho týmu zbývá vyřešit řadu problémů. Pořizovací cena zařízení se zatím pohybuje kolem půl milionu dolarů a bude třeba ho zlevnit. Vědci se také snaží obejít bez elektrod, které by bylo nutné voperovat do mozku.
Nový komunikační systém s sebou přináší také etické otázky. Pro pacienta je dorozumívání obtížné. Co kdyby si přál ukončit život? Diskuse o podobně závažných rozhodnutích je složitá i v případě, že pacienti nemají s komunikací potíže. Byli by si lékaři a rodina stoprocentně jistí, že přání pacienta pochopili zcela správně?
Kmitočet zvuku rostl, pokud se aktivita neuronů v blízkosti elektrod zrychlovala, a naopak klesal, když se aktivita těchto neuronů zpomalila
Foto: Ochrnutý muž používá ke komunikaci s okolím rozhraní mozek-počítač
Foto: Vědci umožnili mužovi s úplným ochrnutím, který nemůže mluvit, komunikovat prostřednictvím implantovaného rozhraní mozek-počítač (BCI). Třicetiletému pacientovi, který trpí pokročilou amyotrofickou laterální sklerózou (ALS), zavedli do povrchu motorické kůry – části mozku zodpovědné za pohyb – dvě soustavy mikroelektrod.
Foto: Mikroelektroda o rozměru 3,2 mm má 64 jehlových elektrod, které zaznamenávají nervové signály ...