Gert-Jan Oskam posledních dvanáct let nemohl chodit, v roce 2011 totiž při nehodě na kole utrpěl těžké zranění míchy. Dosavadní léčba nepomohla a při fyzické terapii prakticky nebylo s čím pracovat, jeho nohy byly zcela ochrnuté. Teď si ale dokáže bez pomoci dojít pro jídlo, vystoupat po schodech nebo jen tak postát u baru s drinkem. Vděčí za to vědcům, kteří na švýcarské univerzitě EPFL vyvinuli technologii pro přímou komunikaci mozku s počítačem.

„Minulý týden jsem potřeboval něco natřít, ale po ruce nebyl nikdo, kdo by mi s tím pomohl. Tak jsem si vzal chodítko a barvu a udělal to sám vestoje,“ cituje Oskama článek v prestižním vědeckém časopise Nature, kde studie o jeho případu vyšla. Speciální systém zahrnující elektrody připojené přímo na mozek a míchu a počítač používá už rok a jeho stav se za tu dobu výrazně zlepšil. Přelomová technologie tak má silný potenciál pomoci mnoha dalším.

Na trhu už delší dobu existují zařízení, která pacientům nabízejí umělé končetiny, v některých případech i poměrně vysoce pohyblivé. Oskamovo tělo je ale fyzicky v pořádku a zranění míchy v jeho případě znamená, že fatální chyba, respektive úplná absence interakce nastala v komunikaci mezi mozkem a nohama. Vědci proto potřebovali najít způsob, jak spojení opět navázat. Přesněji jak ho zastoupit pomocí technologie.

Popis řešení, které vyvinuli, působí jako věta z vědeckofantastické literatury: „Vytvořili jsme bezdrátové rozhraní mezi mozkem a míchou pomocí technologie pro rozhraní mezi myslí a počítačem, které převádí myšlenky na akce,“ uvedl v oficiálním prohlášení neurovědec Grégoire Courtine, jeden z autorů studie.

Foto: CHUV/Philippe Getaz

Gert-Jan Oskam a vědci, kteří mu pomohli znovu vstát

Celý systém, který vědci označují jako „digitální most“, se skládá ze dvou hlavních částí v mozku a v míše. Zařízení chirurgicky napojené na míchu Courtineův tým na lidech s úspěchem testoval už v roce 2018, kdy se ukázalo, že pacientům výrazně pomůže elektrická stimulace nervů v kombinaci s intenzivním tréninkem. Tento způsob fungoval u tří pacientů, mezi nimiž byl i Oskam, a dokonce podpořil růst nervů v dané oblasti.

Časem se ale zlepšování stavu zastavilo a bylo na čase zkusit komplexnější řešení. Implantát na míše proto doplnil druhý – dvojice malých destiček s elektrodami implantovanými do lebky na povrch mozku. Jejich účelem je zaznamenávat elektrické signály produkované pohybovým centrem a správně je vyhodnotit. Jinými slovy – zařízení doslova čte myšlenky svého uživatele.

O správnou interpretaci toho, co elektrody zaznamenají, se stará speciální software v počítači. Oskam ho nosí v batohu a data se do něj posílají bezdrátově. Přetlumočená data obsahují například informace o tom, kterou nohou chce pacient pohnout, jaký pohyb provést a jak rychle. To vše počítač převede do formy elektrických impulzů a opět bezdrátově tyto pokyny pošle do stimulátoru na míše. A voilà, Oskam může vstát z vozíku na první pohled stejně, jako by byl zdravý.

Používání systému samozřejmě na začátku vyžaduje čas, kdy se pacient naučí takříkajíc správně myslet a software jeho myšlenky spolehlivě interpretovat. Vědci všechny prvky nastavovali několik měsíců, nakonec se ale proces od myšlenky po pohyb pro Oskama prý stal v zásadě zcela intuitivním. A hlavně svému uživateli, na rozdíl od staršího řešení, u nějž byly stimulace nervů předem naprogramované, a ne řízené přímo myslí, umožňuje být znovu pánem svého těla.

„Předtím to bylo spíš tak, že stimulace ovládala mě, teď jsem to ale já, kdo ovládá stimulaci mými myšlenkami,“ vysvětluje svoje zkušenosti Oskam. „Když se rozhodnu udělat krok, stimulace se spustí hned v momentě, co na to pomyslím,“ dodává. V omezené míře ovšem čtyřicetiletý Nizozemec dokáže chodit dokonce, i když je zařízení vypnuté, stimulace totiž dále podpořila obnovu přirozené funkce jeho míchy.

Budoucnost transhumanismu

Aktuální vývoj je výsledkem desítek let teoretizování a pokusů o propojení lidského mozku s míchou pomocí technologie. Přesto se stále jedná o počátky toho, čeho byl chtěli vědci dosáhnout. Například citlivost stávajícího systému není příliš vysoká, takže nestačí pro efektivní obnovu funkce paží a rukou. Stejně tak nedokáže pomoci s fungováním interních orgánů pro kontrolu vylučování, v těchto směrech mohou být efektivní zase jiné formy léčby jako využití kmenových buněk.

Foto: EPFL/Jimmy Ravier

Implantáty na mozku a v míše obejdou poškozené nervy na krku

Grégoire Courtine podle The New York Times říká, že jejich skutečným cílem je „poskytnout tuto technologii po celém světě všem pacientům, kteří ji potřebují.“ Lepší dostupnost by po popsaných prvních testech mohla platit asi v horizontu pěti let, vědci a výrobci zařízení tak před sebou mají mnoho práce.

Elektrody napojené na mozek, ať pro čtení, nebo vysílání elektrických signálů, se už dnes testují v poměrně širokém okruhu případů. Předloni proběhl první úspěšný klinický test zařízení, které pomocí kamery a elektrod zavedených do vizuálního kortexu mozku dokázal pacientce po mnoha letech vrátit alespoň základní zrakové vjemy. Zcela tím obešel oči, v daném případě nenapravitelně poškozené těžkou nemocí.

Podobná zařízení mohou najít uplatnění také při léčbě dalších poruch pohybového ústrojí, ale i deprese nebo schizofrenie. V dlouhodobějším horizontu se pak dá přinejmenším teoretizovat o rozšiřování dovedností jinak zdravých lidí. Objevily se už návrhy pro syntetické oči se schopností vidět ve tmě, spekuluje se ovšem dokonce o rozsáhlém propojení mysli s umělou inteligencí.

Právě to je konečným cílem třeba firmy Neuralink Elona Muska, byť ta je v současnosti výrazně pozadu oproti ostatním a teprve se připravuje na první testy na lidech. Otázkou přitom bude, jak se jí bude dařit najít dobrovolníky. Pokročilejší forma přímé komunikace mozku s počítačem se navíc stále pohybuje čistě ve sféře sci-fi. Už to, co vědci dokáží dnes, nicméně představuje zásadní pokrok, ještě donedávna takřka nepředstavitelný v praxi.