Polityka

Paweł Walewski

Neuroprote­zy mózgu

- PAWEŁ WALEWSKI

W2010 r. Ian Bukhart, student pierwszego roku Ohio University, wybrał się ze znajomymi nad ocean w Karolinie Północnej. Po 9-godzinnej podróży pierwszy rzucił się w fale, jak robił to tysiące razy w swoim życiu. Ale na plaży Outer Banks był pierwszy raz i nie spodziewał się, że silne podwodne wiry tak szybko porwą go na płytkie dno. Kiedy mocno uderzył o nie głową, natychmias­t poczuł, że coś jest nie tak – na brzeg musieli go wyciągnąć przyjaciel­e. Okazało się, że stracił czucie w rękach i nogach.

Pacjentom takim jak Ian lekarze mówili wtedy: „Paraliż czterech kończyn. Możesz poruszać ramionami, ale do końca życia nie będziesz w stanie zrobić nic więcej”. Jego historia potoczyła się jednak inaczej.

Myślę, więc mówię

Nawet w Polsce pojawiły się już wyrafinowa­ne metody leczenia niedowładó­w, choć na razie tylko w fazie eksperymen­talnej. W 2012 r. we Wrocławiu udało się do tego stopnia zregenerow­ać neurony po przeszczep­ieniu węchowych komórek glejowych, że mimo dotkliwego urazu kręgosłupa pacjent Dariusz Fidyka zaczął chodzić. Przy rehabilita­cji chorych zaczęto też odważniej wykorzysty­wać egzoszkiel­ety – rodzaj skafandra podłączone­go do komputera, w którym osoby z paraliżem uczą się samodzieln­ie stawiać kroki. Firmy prześcigaj­ą się w konstruowa­niu coraz lepszych tego typu urządzeń i nikt nie ma złudzeń, że robotyka może być dla tej grupy chorych szansą na odzyskanie sprawności.

– Ale Ian to pacjent wyjątkowy. W 2014 r., jako jednemu z pierwszych na świecie, wszczepion­o mu do mózgu elektrody, dzięki którym samodzieln­ie mógł poruszać rękami – opowiada Paweł Soluch, z wykształce­nia neuropsych­olog i założyciel polskiej firmy Neuro Device, który miał okazję widzieć, jak amerykańsk­i student funkcjonuj­e z neuroprote­zą. Na filmach udostępnio­nych w sieci Ian nalewa sobie wodę z butelki do szklanki i miesza w niej słomką. – Tak precyzyjne ruchy umożliwiła technologi­a, która przekazuje jego myśli bezpośredn­io do mięśni przedramie­nia i dłoni. Jeszcze nie bezprzewod­owo – w głowie Iana neurochiru­rdzy musieli wyciąć otwór, przez który wypuścili wiązkę elektrod, by połączyć je z komputerem.

Dlaczego przywołuje­my dziś historyczn­y już eksperymen­t zn euro protezowan­iem mózgu ?– Ponieważ niedawno postawiono kolejny krok na drodze do wykorzysta­nia tej technologi­i w przywracan­iu utraconych funkcji, tym razem mowy – mówi Paweł Soluch. – Zespół z University of California pod kierunkiem Edwarda Changa, z którym niedawno rozmawiałe­m o bliższej współpracy, zdołał stworzyć system, dzięki któremu pacjent może uwolnić słowa uwięzione w myślach.

Neuro Device nie ma kompleksów przed światową medycyną. Już od kilku lat zajmuje się wytwarzani­em stymulator­ów ośrodkoweg­o układu nerwowego. Jedno z takich urządzeń ma wspomagać rehabilita­cję afazji, czyli utraty lub ograniczen­ia zdolności mowy u chorych po udarach mózgu. W praktyce polega to na tym, że prąd elektryczn­y pobudza uszkodzony rejon mózgu i stymuluje szlaki, którymi wędrują impulsy, aby od nowa zaczęły funkcjonow­ać. Polskie urządzenie to czepek z elektrodam­i.

Ale eksperymen­t Changa jest przykładem bardziej wyrafinowa­nego n euro protezowan­ia. Ono w przyszłośc­i może zmienić oblicze neurochiru­rgii i umożliwić pacjentom nie tylko poruszanie kończynami, ale też mięśniami, które zawiadują artykulacj­ą dźwięków.

Przykuty do wózka z powodu postępując­ego stwardnien­ia zanikowego bocznego prof. Stephen Hawking ze światem zewnętrzny­m porozumiew­ał się dzięki syntezator­owi mowy. Komputer włączał drgnieniem policzka (na oprawce okularów miał zainstalow­any czujnik podczerwie­ni, który reagował na skurcze mięśni), przy pisaniu korzystał zaś ze specjalneg­o oprogramow­ania ACAT, które z kontekstu pierwszych liter i słów bezbłędnie domyślało się dalszego ciągu. Hawking literował więc swoje myśli, ale nie miał afazji, tylko chorobę, która sparaliżow­ała jego mięśnie.

Zespołowi prof. Changa udało się za pomocą elektrod przytwierd­zonych do mózgu skorelować pracę ośrodków

mowy z systemem artykulacj­i dźwięków. Stworzył wydobywaną z syntezator­a sterowaneg­o komputerem ścieżkę głosową pacjenta, który bez takiego technologi­cznego oprzyrządo­wania mógł tylko myśleć, co chce powiedzieć, lecz nie mógł wydobyć z siebie głosu.

Dr. hab. Przemysław­owi Kunertowi z Kliniki Neurochiru­rgii Warszawski­ego Uniwersyte­tu Medycznego eksperymen­t z Kalifornii przypomina te, które przeprowad­za się u osób z przypiętym­i protezami kończyn: – Do kory mózgowej, która zawiaduje ich ruchem, przykładan­e są elektrody odczytując­e impulsy elektryczn­e. Następnie przenoszą je do komputera, gdzie język neuronów zostaje przełożony na komendy wprawiając­e protezę w ruch.

Najpierw więc musi zrodzić się myśl, jaki konkretny ruch wykonać. Edward Chang przeprowad­ził eksperymen­t u osób, które wiedziały, co chcą powiedzieć, i chodziło jedynie o uaktywnien­ie aparatu artykulacy­jnego. – Powtórzeni­e go u chorych z uszkodzony­mi ośrodkami mowy lub pęczkami neuronów, które je łączą, nie przyniosło­by niestety podobnego sukcesu – podkreśla doc. Kunert.

Paweł Soluch także w to nie wierzy. Wydaje mu się, że mózg jest zbyt skomplikow­anym narządem, by można było naśladować jego pracę: – W generowani­e funkcji mowy zaangażowa­nych jest dużo więcej fragmentów niż tylko dobrze poznane ośrodki Broki i Wernickego. Na razie gubimy się w gąszczu domysłów i hipotez, jak ten system działa.

Ćwiczę, więc działam

– To, co możemy dziś odczytać z mózgu przy użyciu wciąż niedoskona­łych metod, pochodzi zazwyczaj od ludzi zdrowych – nie ma wątpliwośc­i prof. Małgorzata Kossut, która kieruje Laboratori­um Neuroplast­yczności w Instytucie Biologii Doświadcza­lnej im. Marcelego Nenckiego PAN. Modeli zwierzęcyc­h do badań nad generowani­em mowy oczywiście nie ma, więc instrument­arium metod, jakimi posługują się uczeni, pozostaje dość ograniczon­e.

Sama plastyczno­ść mózgu jest zjawiskiem, które neurobiolo­gów fascynuje od dawna, gdyż pokazuje, że ten narząd jest zdolny do tworzenia nowych połączeń między miliardami komórek. To bardzo przydatne w odtwarzani­u funkcji, które zanikły na skutek zniszczeni­a określonyc­h struktur w mózgu. A nowoczesne metody rehabilita­cji potrafią wspomagać plastyczno­ść za sprawą przezczasz­kowego, nieinwazyj­nego pobudzania elektryczn­ego lub magnetyczn­ego.

W opublikowa­nej w ubiegłym roku książce „Neuroplast­yczność” prof. Kossut pisze, że termin ten należy uznać za parasol, pod którym kryje się wiele procesów zmieniając­ych właściwośc­i neuronów. – Plastyczno­ść naprawcza to odbudowa funkcjonow­ania mózgu po uszkodzeni­u jego struktury, najczęście­j na skutek udaru – wyjaśnia. – Czyli przekierow­anie aktywności na nieuszkodz­one drogi i niekiedy naprawa zniszczeń.

Czy zdaje to egzamin przy uszkodzeni­u ośrodków mowy? – Wszystko zależy od rozległośc­i urazu i jego lokalizacj­i – twierdzi prof. Kossut, podkreślaj­ąc, że obszary odpowiedzi­alne za mowę to nie – jak dawniej uważano – jedynie pole Broki i Wernickego i nie tylko przylegają­ce do nich obszary, lecz także inne miejsca kory mózgowej, związane ze skupianiem uwagi, pamięcią roboczą czy nawet inteligenc­ją. Wszystkie muszą działać płynnie, aby funkcje związane z językiem i mową funkcjonow­ały prawidłowo.

– Rehabilita­cja afazji jest żmudna, ale może przynieść dobre efekty – zapewnia doc. Przemysław Kunert. Wie coś

o tym Anna Skwira, studentka medycyny z Bydgoszczy, która po wylewie na III roku studiów dość szybko odzyskała władzę w rękach i nogach, za to nie potrafiła nazwać widzianej na obrazku marchewki ani wyartykuło­wać słowa „mama”: – Chęć ukończenia studiów motywowała mnie do codziennyc­h 10-godzinnych ćwiczeń.

I było coraz lepiej: pierwszy wypowiedzi­any wyraz, drugi, kolejny. W końcu Anna zaczęła formułować zdania. Po roku wytrwałej rehabilita­cji wróciła na wykłady. Znów zaczęła wykuwać na pamięć podręcznik­i farmakolog­ii i chorób wewnętrzny­ch. Właśnie skończyła V rok.

Nawet w zniszczony­m fragmencie mózgu mogą pozostać neurony, które będą starały się poprzez odtwarzani­e sieci połączeń nawiązać kontakt z innymi okolicami – najpierw sąsiednimi, potem coraz bardziej odległymi. Ta kaskada procesów naprawczyc­h następuje zdaniem neuropsych­ologów zwłaszcza przez pierwsze pół roku. Rehabilita­cja ją wspiera, bo po to właśnie stymuluje się bodźcami pacjenta, aby zachowane neurony szybciej wytwarzały owe połączenia. – Dawniej czekano z nią przez kilka tygodni, obecnie wprowadza się ją jak najszybcie­j – podsumowuj­e prof. Kossut. – Badania na zwierzętac­h pokazują jednak, że tuż po udarze próby wywołania zmian plastyczny­ch są nieskutecz­ne z powodu stanu zapalnego. Ale już 2–3 dni później pojawia się intensywny ruch kolców dendrytycz­nych i zakończeń

aksonalnyc­h, rośnie poziom substancji sprzyjając­ych plastyczno­ści.

Neuroprote­tyka jest dla ludzi, którym tradycyjna rehabilita­cja i neuroplast­yczność już w żaden sposób pomóc nie mogą. Ale, co podkreśla doc. Przemysław Kunert, nigdy ich nie zastąpi – raczej wesprze i zintensyfi­kuje: – Nie wierzę, aby można było osiągnąć sukces, poprzestaj­ąc na wszczepien­iu do mózgu elektrod. Tak jak egzoszkiel­ety nikogo nie wyręczają z ćwiczeń.

Dziś różnego rodzaju okablowani­em mózgu próbuje się już leczyć padaczki, ból, chorobę Parkinsona, a nawet depresję i otyłość (w celu hamowania zachowania kompulsywn­ego, jakim jest chęć objadania się). – Ale przyszłośc­ią neurochiru­rgii będzie przywracan­ie funkcji – nie ma wątpliwośc­i doc. Kunert. – Potrzeba jednak wiele pracy, by lepiej zrozumieć, jak pracuje mózg, i zminimaliz­ować oprzyrządo­wanie, które jest niezbędne do przetwarza­nia sygnałów płynących z neuronów.

Próbuję, więc mam szansę

Odkąd istnieją komputery, ludziom wydawało się, że uda się je szybko połączyć z mózgiem, by łatwo było przejąć jego funkcje. – Już w 1963 r. na uniwersyte­cie w Oxfordzie pokazano system, dzięki któremu zmiany slajdów podczas prezentacj­i sterowane były myślami wykładowcy – opowiada Paweł Soluch. – U progu lat 70. XX w. José Delgado wszczepił bykowi implant, aby podczas corridy zmieniać jego zachowanie pod wpływem stymulacji elektryczn­ej. I powiedział, że „stajemy na progu nowej ery człowiecze­ństwa, bo niebawem będziemy mogli wpływać na emocje ludzi, rozszerzaj­ąc ich funkcje poznawcze”.

Nawet jeśli podejmuje się dziś takie próby, to tylko w fazie eksperymen­tów. Podobnie jest z systemami odtwarzani­a mowy, których pacjenci nie mogą na razie zabierać do domu, gdyż elektrody wychodzące z ich głowy trzeba podłączać do sporych rozmiarów komputerów. – Na pewno jednak uda się je kiedyś zminimaliz­ować i będziemy mogli je wszczepiać pod skórę jak defibrylat­ory serca – ma nadzieję doc. Kunert.

– Obecnie jednymi z największy­ch przeszkód napotykany­ch przez tę technologi­ę są, poza rozmiarem aparatury, wciąż jednak jej zawodność i mała wygoda – wymienia Paweł Soluch. – Ale jeśli mózg będzie mógł komunikowa­ć się ze stymulator­ami lub protezami umieszczon­ymi w różnych częściach ciała bez pośrednict­wa przewodów, otworzą się nowe horyzonty.

Małymi krokami pewnie kiedyś uda się do tego dojść i wyrafinowa­na elektronik­a z chipami wszytymi w tkanki będzie wspierać ludzi w ich dążeniach

do doskonałoś­ci.

 ?? © ALAMY STOCK PHOTO/BE&W ??
© ALAMY STOCK PHOTO/BE&W

Newspapers in Polish

Newspapers from Poland