«Я вживил электрод в свой мозг прямо на кухне»: как работает прототип
В середине июля 2023 года в британской газете Daily Mail вышла статья о неком «российском исследователе» Михаиле Радуга, который самостоятельно в домашних условиях сделал себе трепанацию черепа и вживил в кору головного мозга электроды для контроля сновидений. Эта новость стала быстро распространяться в российских медиа под заголовками «самоучка вживил себе в голову контроллер снов», «новосибирец «чипировал» свою голову дрелью» и все в таком духе. При этом под «громкими» заголовками зачастую не оказывается полной и, главное, объективной информации об этом эксперименте.
Редакции «Компьютерры» этот неоднозначный эксперимент показался интересным, как минимум с точки зрения работы самого прототипа. Поэтому мы напрямую связались с Михаилом Радугой и задали ему все интересующие вопросы, чтобы закрыть некоторые пробелы в информации об этом эксперименте, которая затерялась за кричащими заголовками российской прессы.
В этом материале мы не будем пускаться в размышления об этичности эксперимента, оценивать его адекватность или осуждать методы исследователя, при этом, как и сам Михаил, предостерегаем читателей от таких опытов со своим мозгом и настоятельно не рекомендуем повторять это как в домашних, так и в любых других условиях. Здесь мы изучаем работу самого прототипа и разбираемся в том, как человек без формального медицинского образования смог самостоятельно провести имплантацию электродов в свой мозг и даже получить результаты от своего эксперимента.
Стимулирование коры головного мозга
Основная идея прототипа Михаила Радуги заключается в стимулировании коры головного мозга во время сна, а точнее конкретных его фаз и состояний: фазы быстрого сна, сонного паралича и осознанных сновидений.
Процедура неинвазивного стимулирования коры головного мозга, или транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), способствует восстановлению нервных связей головного мозга и официально одобрена FDA (U.S. Food and Drug Administration — Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов) для лечения депрессии и обсессивно-компульсивного расстройства.
Суть этого метода заключается в стимулировании коры головного мозга при помощи коротких магнитных импульсов, при этом никаких операций в этом случае не требуется, а магнитное поле проникает сквозь кости черепа и мягкие ткани прямо в мозг. Данную процедуру в России можно провести даже в обычной поликлинике.
В случае с экспериментом Михаила Радуги речь идет об инвазивной стимуляции, то есть с проникновением в мозг. Первый успешный опыт схожей процедуры на людях приписывается Джованни Альдини, неоднозначному итальянскому ученому, который в 1804 году продемонстрировал способность стимуляции коры головного мозга вызывать движения лица у недавно обезглавленных заключенных итальянских тюрем.
Один из экспериментов Джованни Альдини
В последние годы эту процедуру также изучают в лечении невропатических болей, психических заболеваний и эпилепсии. Подробнее об этом в своей статье сообщает Ричард Огбуджи, нейрохирург Медицинского центра Бэйстейт.
Сам Михаил отмечает, что его прототип не уникален в технической части, а новизна состоит в способе ее применения.
«До нас никто не пробовал стимулировать кору мозга во время БДГ-сна, сонного паралича и тем более осознанных сновидений. И это при том, что ученые исследуют мозг электричеством уже два века. Если говорить об электрической стимуляции мозга в целом, то информации об этом много. А вот все, что касается стимуляции мозга во сне — большая загадка, всего пара научных работ за всю историю. В этом направлении опираться было не на что. Мы не знали, к чему это приведет».
Исследований в этом направлении действительно не много. В одном из них проводится опыт на кошках, а в другом запускают медленные волны сна с помощью транскраниальной магнитной стимуляции, о который мы писали выше.
В случае с опытами Михаила Радуги, наибольшую ценность для него имели работы канадского нейрохирурга Уайлдера Пенфилда, который одним из первых попытался создать карту коры мозга. Вместе с Гербертом Джаспером он разработал методику, которая заключалась в том, что во время операции на открытом мозге проводилась электростимуляция разных отделов.
Во время процедуры больные находились в сознании и описывали свои ощущения, которые тщательно фиксировались, а затем их анализировали. Это делали для локализации эпилептических очагов. Кроме того, с помощью этого метода Пенфилд установил точное представительство в коре головного мозга различных мышц и органов тела человека. В дальнейшем он обобщил полученные результаты и представил миру схему, которая известна как «гомункулус», то есть человек, у которого части тела пропорциональны зонам мозга, в которых они представлены. Вот почему пальцы рук, губы и язык с большим числом нервных окончаний изображаются крупнее, чем туловище и ноги.
«Гомункулус» Пенфилда
Благодаря применению электростимуляции ученый получил ценные данные о функциональной организации коры головного мозга человека. Этой теме посвящена его монография «Кора головного мозга человека» (The Cerebral Cortex of Man, 1950).
Имплантация электродов в современной нейрохирургии
Имплантация электродов в головной мозг человека со стороны звучит как что-то прорывное и экспериментальное. Это действительно передовая область, но в ней есть не только новые направления с клиническими исследованиями, но и хорошо опробованные процедуры, готовые решения.
К примеру, при болезни Паркинсона, треморе и эпилепсии нейростимуляторы устанавливают пациентам еще с конца прошлого века. В России операцию проводят бесплатно по полису ОМС. Сразу после процедуры у пациентов с болезнью Паркинсона проходит тремор, а при эпилепсии приступы становятся реже и больной не теряет сознание при них.
Одно из первых устройств, которое работает внутри черепной коробки — кохлеарный имплант для компенсации потери слуха с нейросенсорной тугоухостью. Нейропротез преобразовывает электрические импульсы с внешнего микрофона в понятные нервной системе человека сигналы. Технологию применяют с 1960-х годов.
Кохлеарный имплант
Также ученые работают над протезированием глаза по схожей системе: в очки встроена камера, а данные с нее передаются на основное устройство, которое преобразует картинку в сигнал, поступающий к присоединенным к сетчатке глаза или имплантированным в мозг электродам. Пока все устройства из этой области позволяют видеть очертания предметов.
Еще одно перспективное направление — улучшение памяти и лечение болезни Альцгеймера, которая включает расстройство кратковременной памяти и уменьшение объемов гиппокампа — части мозга, отвечающей за переход кратковременной памяти в долговременную. В начале 2000-х группа ученых под руководством Теодора Бергера из Университета Южной Калифорнии создали один из первых протезов гиппокампа для крыс. В 2011 году команда продемонстрировала возможности устройства: с помощью датчиков в мозге крысы они включали и отключали память животного. В 2017 году начались первые эксперименты на людях. Двадцати добровольцам вживили электроды, и они решали задачи на запоминание. Сначала имплантат регистрировал нейронные сигналы, а затем «помогал» человеку вспомнить ответ на задачу благодаря стимуляции мозга. Тогда кратковременную память удалось улучшить на 15%. Через год получилось повысить показатель до 35–37%.
Еще один сложный метод (но его уже давно используют на практике) — глубокая стимуляция мозга (Deep Brain Stimulation, DBS) — метод хирургического лечения болезни Паркинсона, ОКР, эпилепсии, синдрома Туретта и других двигательных расстройств. Процедура одобрена FDA в 1997 году. В мозг больного имплантируются электроды, которые посылают высокочастотные электрические импульсы в определенные участки мозга, а также генератор импульсов и провод, который проходит от головы под кожей за ухом к ключице или животу.
Имплант для DBS
Есть и частично-инвазивные процедуры. Например, в прошлом году американский стартап Synchron провел первую имплантацию нейроинтерфейса нового типа: врачи внедрили 4-сантиметровое устройство, которое выглядит как сосудистый стент, в кровеносный сосуд в мозге, то есть электроды провели через вену, пока электрод не достиг нужного участка мозга. Потом он соединился с имплантом, расположенным в груди, который передавал команды от мозга на компьютер. И для всего этого не пришлось делать отверстие в черепе.
Эндоваскулярный интерфейс мозг-компьютер (BCI) компании Synchron
Также есть полностью неинвазивные методы, то есть без хирургических операций: прибор крепится на голове человека и считывает сигналы. Проблема этой области в том, что чувствительность и точность датчиков пока не дотягивает по уровню.
О прототипе Михаила Радуги
Прежде чем приступать к созданию сложных мозговых имплантов, Михаилу нужно было понять, будут ли заложенные в них принципы выполнять свои функции. Поэтому изначальной целью было подтверждение главной гипотезы: стимуляция моторной коры мозга в БДГ-сне не приводит к пробуждению человека, и эти сигналы интегрируются в пространство сновидения.
Для этой цели нужно было поместить электроды на моторную проекцию руки, чтобы затем в лабораторных условиях отследить стадии сна с помощью полисомнографии и подать ток с нужными характеристиками.
Для стимуляции коры головного мозга электрические импульсы подавались переменным током с частотой 1000 Гц, длительностью от 200 до 600 мс и силой тока от 4,5 до 6 мА. Перечисленные параметры хорошо известны в нейрохирургии. Частоту 1000 Гц используют в нейромодуляции при лечении некоторых неврологических заболеваний при глубокой стимуляции мозга (DBS). Длительность импульсов и сила тока отличаются в разных методах лечения. Самое важное и сложное в прототипе Михаила было подобрать индивидуальный порог чувствительности, не «прожарив» мозг избыточной силой тока.
Обычно подобные устройства изготавливают из трех основных материалов: платины, силикона и титана, так как они биоинертны (не окисляются и не взаимодействуют с тканями организма). Однако, учитывая различные обстоятельства, включая особую форму прототипа, готовые решения не подходили. Поэтому исследователь сделал имплант самостоятельно из платины, силикона и полимеров. Все материалы Михаил предварительно вшивал себе в руку, чтобы убедиться в их безопасности для организма.
«В современном мире можно достать любые материалы и информацию. Пришлось изучить технологию создания силиконовых материалов, экспериментируя с разновидностями. Далеко не каждый силикон подойдет для изготовления имплантов ввиду своих характеристик. Детали из платины заказали у ювелиров, а затем осталось все это соединить», — делится опытом экспериментатор.
Несмотря на все подготовительные меры, в процессе разработки прототипа Михаил столкнулся с рядом трудностей, из-за которых в ходе работы пришлось несколько раз пересматривать цели.
Изначально в прототипе был запланирован подвижный имплант, чтобы иметь возможность поместить его в мозг через небольшое отверстие и перемещать по необходимости. Также планировалось, что ток будет подаваться индукцией, без выхода контактов наружу. Эти идеи осуществимы, но для экономии времени пришлось отказаться от них и упростить конструкцию, чтобы как можно быстрее проверить гипотезу.
Имплантация прототипа
Предварительно процедуру отработали на овцах. Если у нейрохирургов под рукой есть автоматические трепаны (хирургическая дрель с автоматическим отключением после преодоления твердых тканей), то Михаилу предстояло делать тоже самое с помощью аналога бормашины, собранной из гибкого привода от гравера и различных насадок. Все нужно было сделать так, чтобы не повредить мозговые оболочки.
«Тренировка на бараньих головах спасла мне жизнь, так как позволила прочувствовать все этапы трепанации и научила не повреждать мозг. Я не хирург и никогда не делал операции. Нужен был элементарный практический опыт трепанации имеющимися инструментами».
Место подключения — это часть коры головного мозга, которая отвечает за движения нескольких пальцев. Выбор пал на эту область, так как можно увидеть эффект стимуляции моторной коры мозга: подается ток на проекцию пальцев и видно их движение.
Михаил Радуга хотел понять, сохранится ли этот эффект в мире сновидений, сможет ли он управлять пальцами сновидца. Исследований в этом направлении никогда не проводилось, поэтому ученый опирался только на гипотезы и косвенные данные.
С технической точки зрения прототип представляет собой просто два электрода. Их можно использовать как для стимуляции, так и считывания биопотенциалов мозга (электрокортикографии, ЭКоГ). Однако для упрощения параллельно использовали стандартную ЭЭГ (электроэнцефалограмму) для измерения электрической активности мозга во сне (биопотенциалы, биоэлектрические сигналы).
Схема работы электроэнцефалографа
Электроды могут быть размещены симметрично на обеих сторонах головы или в определенных точках в соответствии с международной системой »10–20».
Международная схема расположения электродов »10–20». Буквенные индексы означают: О — затылочное отведение; Р — теменное отведение; С — центральное отведение; F — лобное отведение; Т — височное отведение. Цифровые индексы уточняют положение электрода внутри соответствующей области
В кейсе Михаила Радуги, помимо внешних электродов для считывания, было собрано дополнительное устройство для безопасной генерации токов. Когда нужно было подать импульс на мозг, его предварительно подключали к вживленным электродам. Если не считать возможные технические неполадки, то процесс, по словам исследователя, полностью контролируемый.
Сравнение с Neuralink и будущее имплантов
Исследование проводилось для прощупывания почвы будущих технологий управления сновидениями и подачи сигналов в сон, чтобы помогать людям управлять своими снами. Также это может помочь менять сюжеты снов, например, для борьбы с кошмарами. Исследование Михаила Радуги показывает направление для крайне эффективных технологий в этой сфере.
«К тому же те же осознанные сны перестают быть развлечением, когда мы говорим о парализованных людях, для которых такая практика — единственная возможность испытать потерянные чувства и эмоции».
В сети сравнивают его прототип с продуктом Neuralink Илона Маска, но само сравнение некорректное. Если посмотреть только на техническую составляющую, то Михаилу потребуется еще 2–3 года, чтобы на основе полученных данных создать сравнимые по сложности импланты.
На данный момент исследование Михаила Радуги — это попытки заглянуть в будущее. По мнению экспериментатора, в недалеком будущем многие типы мозговых имплантов будут устанавливаться за 15 минут, без трепанации и единого шва, что приведет к революционным изменениям в общества.
Последствия имплантации
При нарушении характеристик тока или технологии имплантации могут быть негативные последствия. Эпилепсия, повреждения мозга и смерть — вполне реальны. Михаил Радуга признается, что в его непростой ситуации контролировать все было невозможно, но участники эксперимента старались аккуратно подавать ток.
«Хотя я провел операцию на мозге самостоятельно и не хватало полноценного опыта, мне удалось избежать критических ошибок. Поэтому изменения во мне произошли только психологического характера. Стал больше ценить жизнь, простые радости жизни», — рассказывает исследователь.
Чтобы минимизировать риск отторжения и инфекции после имплантации электродов, он встал на контроль у нейрохирургов, которые назначали соответствующие медикаменты. Также он провел полтора месяца в полной изоляции и практически не выходил из дома. Чтобы ночью не переворачиваться на сторону с электродами, ученый изготовил специальные шипы, которые прикреплял на голову перед сном. Они впивались в кожу при неосознанной попытке перевернуться.
Что касается оценки воздействия электродов на нервную систему, то для этого использовали два типа измерения: объективный и субъективный. Первый проводился с помощью полисомнографии (ЭЭГ, ЭОГ, ЭМГ), на показаниях которой были видны артефакты электрической стимуляции мозга. Субъективный — это то, что экспериментатор мог наблюдать только своими глазами и что невозможно измерить никакими приборами. Например, движение пальцев во сне можно наблюдать только самому. Вот почему было так важно уметь сохранять сознание во сне.
Этические нормы и предупреждение для экспериментаторов
Эксперимент вызывает у многих этические и юридические вопросы. В этом эксперименте Михаил Радуга, по собственным словами, выступает фанатичным исследователем и первооткрывателем, который оказался в трудной ситуации, но отказался сдаваться и без этого риска, человечество еще не скоро бы узнало, что через стимуляцию мозга есть прямой доступ к управлению снами.
Михаил Радуга занимается изучением сновидений всю сознательную жизнь и отмечает стагнацию в этом направлении. Как исследователь, он хотел наконец раздвинуть существующие границы, и эта идея — часть большой работы по изучению снов.
«Если бы такой эксперимент в итоге стоил мне жизни — это был бы осознанный выбор. Подождите, пока эти технологии достигнут совершенства, и ни в коем случае не делайте этого самостоятельно».
Полный текст статьи читайте на Компьютерра
