Как наука и искусство помогают модернизировать наше тело

В начале октября французские учёные показали, как парализованный пациент прошёл почти 500 шагов при помощи экзоскелета, управляемого «силой мысли». На самом деле последнее словосочетание можно писать без кавычек, потому что команды для экзоскелета действительно подавались через вживлённые электроды прямо из мозга 28-летнего парня. И это далеко не единственный случай, когда мы создаём из человека практически киборга.

Первый киборг, или как Фил Кеннеди полюбил вживлять импланты себе в мозг

Первый прорыв в этой области совершил испанский учёный Хосе Дельгадо ещё в 1960-х. Он научился «управлять» быком, которому вживил в мозг несколько электродов. И было бы странно, если бы Дельгадо, настоящий испанец, не продемонстрировал это на корриде. Во время эксперимента, когда бык начинал бежать на учёного, тот нажимал кнопку на пульте — и животное разворачивалось в другую сторону.

Вживлять что-то в голову не так просто. Мозг живых существ имеет желеобразную структуру, поэтому при любом вживлении имплант может просто смещаться в другие его области и доли. Помимо этого датчик может быть отторгнут или обрасти клетками и перестать передавать импульсы.

Эту проблему смог решить американский невролог Фил Кеннеди, который изобрёл новый метод. Суть состояла в следующем: в мозг пациента вживляли конусообразные полые стеклянные импланты, через которые проходил золотой провод. В этот конус добавляли маленький кусочек седалищного нерва, чтобы импланты прижились в тканях и закрепились на одном месте.

Кеннеди прославился в 1998 году, когда вместе с нейрохирургом Роем Бэкэем вживил в мозг парализованного пациента электроды, которые передавали сигналы на компьютер. Пациентом был полностью парализованный ветеран Вьетнама Джонни Рэй, и по факту он стал первым в истории человеком-киборгом — комбинацией КИБернетического и ОРГанического. Благодаря имплантам он мог водить курсором по экрану компьютера и набирать сообщения. До этого он мог общаться, только моргая.

В 2002 году Джонни Рэй умер, а после нескольких менее удачных операций дела у Фила Кеннеди пошли не очень, и в итоге ему запретили проводить подобные эксперименты. Однако в 2014-м он решил опять вживить импланты — но на этот раз в свой собственный мозг.

Так как в США операции с его имплантами делать было запрещено, летом 2014-го Кеннеди отправился в Белиз в Центральной Америке. Там он договорился с местным нейрохирургом Хоелем Сервантесом, который за 30 тыс. долларов согласился провести операцию.

В ходе неё в мозг Фила Кеннеди вживили три электрода, от которых на поверхность головы тянулись золотые провода. Операция длилась больше 11 часов и прошла успешно. Но на следующий день выяснилось, что Кеннеди не может говорить. Он произносил нечленораздельные звуки и только через несколько дней наконец выговорил слово «извините». Позже он смог говорить уже нормально и вернулся домой в США.

В октябре того же года, когда импланты вросли в мозг, Фил снова отправился в Белиз, чтобы закончить операцию и вживить под кожу головы передатчик для трансляции сигналов мозга. После ещё одной успешной операции, уже в ноябре, Кеннеди стал фиксировать активность своего мозга. В течение 2 месяцев он произносил вслух различные слова и предложения и записывал сигналы мозга.

Учёный хотел продолжить эксперимент, но кожа на его голове никак не заживала, потому что передатчик был слишком большим. В итоге в январе 2015-го передатчик удалили, оставив в голове Фила только электроды. К тому времени они уже сильно обросли тканью, и удалять их было опасно.

Несмотря на то что у Кеннеди не получилось самому стать киборгом, он не теряет веры в эту технологию и уверен, что люди её обязательно освоят.

Илон Маск и робот-нейрохирург

В июле этого года стартап Neuralink, в который Илон Маск вложил около $100 млн, впервые с момента создания в 2017 году представил свои наработки в области внедрения нейроинтерфейсов. Всего ноу-хау получилось три (зато каких): новый высокопроизводительный чип для считывания мозговых сигналов, нейроинтерфейс из сверхтонких полимерных нитей и робот-нейрохирург на искусственном интеллекте.

Основная цель компании — разработка технологии, которая позволит максимально быстро и безопасно имплантировать электронные интерфейсы парализованным людям, чтобы они могли управлять внешними протезами, компьютерами и смартфонами. Помимо этого учёные и инженеры из Neuralink хотят подробно изучить различные неврологические заболевания: болезнь Паркинсона, паралич, эпилепсию и прочие, чтобы выработать новые методики их лечения.

Новые полимерные нити, разработанные в Neuralink, в диаметре всего 4–6 микрометров, то есть как минимум в 10 раз тоньше человеческого волоса. На каждой нити 32 электрода, что позволяет получать от нервной системы в десятки раз больше информации, чем могут дать другие современные импланты.

Для внедрения чипа в мозг в компании создали робота, который вводит нити через небольшое отверстие в черепе (позднее планируется использовать лазер). Специальные камеры и алгоритм робота-хирурга помогают ему избегать повреждения сосудов при операции, чтобы уменьшить травму и ускорить выздоровление. За минуту робот имплантирует 6 нитей, то есть на полное вживление интерфейса в мозг человека ему понадобится чуть больше 15 минут.

Пока испытания проводились только на крысах и приматах. Испытание технологии на людях Маск и компания запланировали на 2020 год.

Как киборги слышат цвета и чувствуют землетрясения

У Фила Кеннеди в 2014 году не было показаний к операции по вживлению импланта в мозг, но он решил сделать её исключительно ради науки. Не было необходимости в импланте и у испанской танцовщицы-хореографа Мун Рибас. Но чтобы сделать науку и искусство ближе, девушка вживила себе в руку прибор, который связан по беспроводной связи с онлайн-сейсмографами, которые, в свою очередь, фиксируют землетрясения на всей планете. Когда где-то в мире происходит землетрясение, имплант посылает по телу Мун вибрации, которые она использует во время своих шоу, преобразуя их в танец или музыку. Сама девушка называет себя киборг-артисткой.

Вообще, идея Рибас не только в том, чтобы использовать землетрясения как часть перфоманса. Она верит в важность и неизбежность техноэволюции человека, которая поможет нам дублировать навыки других живых организмов, их органы и каналы восприятия. После технического скачка мы сможем «выйти за биологические рамки, а не преобразовывать чужеродную среду под себя».

Именно эту концепцию она продвигает вместе со своим партнёром Нилом Харбиссоном. Он стал известен после того, как имплантировал себе в затылок специальную антенну с камерой, чтобы «слышать» цвета.

Нил с рождения видит мир чёрно-белым. Он всегда хотел заниматься художественным искусством и, несмотря на болезнь, поступил в Дарингтонский колледж искусств в Англии. Для учёбы ему нужно было как-то адаптироваться, и он предложил своему знакомому кибернетику Адаму Монтандону создать прибор, который бы решил его проблему.

Из-за того, что отдел мозга, отве­чающий за зрительное восприятие, у Нила не работал, Монтандон создал для него программу, преобразующую световые сигналы в звуковые. Затем Нил и Адам доработали программу и превратили её в систему, где камера получала визуальную информацию, которая трансформировалась и попадала в отдел мозга, отвечающий за обработку звуков.

Каждый цвет стал для Нила звуком: нота до была лазурного цвета, ре — фиолетовая, ми — розовая, фа — красная, соль — жёлтая, ля — зелёная, си — голубая. Всего киберглаз распознаё более 360 цветов.

Мун Рибас и Нил Харбиссон создали организации Cyborg Foundation и Cyborg Arts, для того чтобы «дать людям возможность использовать новые технологии для улучшения своего тела и своей работы». Или, проще говоря, сделать киборгизацию более обыденной и доступной. Рибас и Харбиссон убеждены, что использование технологий исключительно как инструмента отдаляет нас не только от природы, но и друг от друга. Нил приводит в пример мобильные телефоны:

Что могут современные бионические протезы

Сотни тысяч людей в мире используют бионические протезы конечностей. Сейчас это уже не только косметическое подобие руки или ноги, которое не помогает в быту, а просто маскирует травму, а целая функциональная система механизмов, с помощью которой можно делать практически всё то же самое, что и биологической конечностью.

Правда, пока бионические протезы остаются дорогими из-за специфики своей разработки: над их созданием трудятся инженеры, медики и биологи. В результате средняя цена за протез может колебаться в районе от $5 до $50 тыс.

Но на помощь современным технологиям приходят ещё более современные. Многие детали протезов сейчас печатают на 3D-принтере, чтобы удешевить производство. А качество и прочность самих бионических конечностей улучшают, используя материалы нового поколения — сверхлёгкие сплавы и углеродное волокно.

Современные бионические протезы по характеристикам и функциям практически не отличаются от биологических. Но внешне они совсем не похожи на обычные руки и ноги, поэтому протезы стали способом самовыражения: их украшают, делают кастомный дизайн, лепят логотипы и принты.

Первый в мире коммерчески доступный бионический протез ноги выпустила исландская Össur в 2011 году. Позже новые модели оснастили модернизированным коленом с микропроцессорным управлением, которое автоматически подстраивается под особенности ходьбы владельца, и модифицировали бионическую лодыжку, которая самостоятельно сканирует поверхность и адаптируется под условия местности.

Первую коммерческую модель бионической руки i-limb создали в британской компании Touch Bionics, которую несколько лет назад купила всё та же Össur. Каждый палец на руке i-limb выдерживает до 25 кг и может двигаться отдельно, благодаря чему можно взаимодействовать с мелкими предметами. Протез фиксируется на культе, к которой подсоединяются два электрода, отвечающие за сгибание и разгибание. Когда человек хочет привести протез в движение, он посылает мышцам сигнал, электроды на руке его принимают и приводят конечность в движение. Протез настраивается через мобильное приложение.

Мы привыкли, что бионическая конечность — это механизм, то есть он априори не может ощущать боль или прикосновения. Оказывается, чувствительные протезы уже здесь.

Бионическая рука Bebionic, например, покрыта специальной электронной кожей edermis, состоящей из нескольких слоёв датчиков давления. Нижний слой покрыт рецепторами, передающими ощущения от прикосновений к тупым предметам, а в верхнем слое работает другой вид рецепторов, которые дают ощущение боли.

Если человек уколет палец, то на бионической конечности одновременно активируются датчики как прикосновения, так и боли. Почувствовав давление, протез понимает, что человеку больно, и информация от датчиков практически моментально проходит через электроды, стимулируя нервы в плече человека. После этого протез автоматически разжимает пальцы, имитируя человеческий болевой рефлекс.

Протезы могут заменить не только конечности. Argus II — первый в мире бионический аналог сетчатки человеческого глаза, разработанный американской компанией Second Sight.

Он способен частично восстановить зрение благодаря электрической стимуляции. Ток обходит уже не функционирующие клетки сетчатки и стимулирует лишь оставшиеся жизнеспособные, что позволяет частично вернуть зрительное восприятие.

На очках установлена видеокамера, изображение с которой система Argus II преобразует в серию небольших электрических импульсов, которые по беспроводной связи передаются электродам, имплантированным на поверхность сетчатки глаза, и стимулируют оставшиеся клетки. Это помогает мозгу воспринимать свет и частично восстанавливает зрение.

***

Несмотря на то что 30-летнему французу Тибо понадобилось 2 года подготовки в виртуальной реальности, чтобы пройти 140 метров в экзоскелете, можно уверенно заявить — будущее уже здесь. Очевидно, что уже в ближайшем десятилетии людей не будут так пугать неизлечимые неврологические болезни или физические травмы, а вживление в мозг импланта будет не сложнее операции по коррекции зрения. На смену модному биохакингу придёт киберхакинг, и путь нашей эволюции навсегда изменится.