Скорость прохождения нервного импульса в центральной нервной системе человека колеблется от 3 до 120 метров в секунду. В то же время скорость движения электронов в кристаллах кремния приблизительно в 1000000 раз выше. А почему бы, собственно, не попробовать создать мозг, способный хранить большие объемы информации и выполнять сложнейшие вычислительные задачи?

Сама идея нейроимплантата довольно проста. Общеизвестным фактом является то, что нервные импульсы представляют собой электрический ток, обусловленный способностью мембран нейронов (нервных клеток) изменять свой электрохимический потенциал. Так почему бы не присоединить электроды к нервным волокнам и не попытаться контролировать передачу нервного импульса? Как оказалось, технически это сделать не трудно. Проблема заключается в том, чтобы понимать, для чего служат те или иные биотоки и какую информацию они несут. Ученые только могут сказать, какие зоны головного мозга отвечают за процессы жизнедеятельности, чувства и мыслительную деятельность. Мозг человека пока остается темным лесом для науки. Поэтому говорить о создании киборгов и прочих фантастических существ преждевременно.

Наука не стоит на месте

В 1985 году ученые заговорили о возможности создания такого имплантата, который смог бы обеспечить двусторонний обмен информацией между нервной тканью человека и кремниевой электроникой. Первый успешный эксперимент был проведен в 1999 году исследователями из Института им. Макса Планка. Ученые расположили нервную клетку диаметром около 20 микрометров на поверхности матрицы транзисторов, покрытой диоксидом кремния. В течение трех дней жизни нейрона исследователям удалось передать ему и получить от него информацию, состоящую из ряда импульсов. Удивительно, но нервная клетка воспринимала электрические импульсы, посылаемые ей с транзистора, как свои! Более того, нейрон продолжал жить по своим естественным химическим законам.

В 2004 году на свет появляется первая нейроэлектронная структура, позволяющая передавать электрические импульсы уже через цепочку нейронов. Новая система представляет собой ряд транзисторов, на поверхность которых нанесена культура нейронов. После того, как нервные клетки образовали синаптическую сеть, ученые подключили искусственный электронный интерфейс к крайним нейронам. Поразительно, но система работала как часы. Ошеломительные результаты, полученные исследователями, показали, что информация может легко передаваться по нервной ткани при помощи одного небольшого чипа, имплантированного в головной мозг.

Сейчас ученые трудятся над созданием электронных матриц, на которых нейронные цепочки смогут развиваться и изменять свою структуру в зависимости от сигналов, поступающих с микроэлектронных устройств. И это вопрос времени, потому что четыре года назад никто даже и не помышлял о создании нейроэлектронной системы сложнее, чем "Нейрон - транзистор".

Имплантаты в повседневной жизни

Результаты научных исследований незамедлительно нашли себе применение в области медицины. Да, нейроимплантаты уже существуют и применяются для восстановления зрения и слуха у людей, которые, по тем или иным причинам, лишены возможности видеть или слышать.

14 октября 2004 года в Чикаго на конференции по вопросам развития технологии искусственной сетчатки были освещены следующие достижения ученых:

• В 2002 году два пациента с имплантированной искусственной сетчаткой обрели зрение, благодаря которому смогли различать большие буквы и отдельные предметы.
• В прошлом году количество испытуемых возросло до шести человек, что говорит о перспективности данной технологической новинки.

Имплантат искусственной сетчатки работает следующим образом. Изображение с камеры, вмонтированной в очки пациента, поступает на микропроцессор в дужке очков, который переводит видеосигнал в электрические импульсы, передаваемые в глазное яблоко через радиоантенну. Принимающая антенна, размещенная вокруг радужной оболочки глаза, направляет сигнал на микроскопический имплантат, который соединен непосредственно с мозгом человека.

Широкомасштабное внедрение новой технологии искусственной сетчатки в клиническую практику в США планируется осуществить до 2007 года.

По принципу, изложенному выше, осуществляется и кохлеарная имплантация (имплантация искусственного уха), которая может вернуть слух даже тем людям, у которых повреждены клетки, воспринимающие звуковые колебания. В этом случае звуковые колебания преобразовываются в электрические импульсы и поступают на слуховой нерв посредством имплантата, вживленного в улитку внутреннего уха.

А что же дальше?

"В 20-х годах нового века нейроимплантаты станут служить не только инвалидам. Их будут широко применять для повышения чувствительности органов, улучшения интеллектуальных способностей, памяти и логического мышления. Кроме того, они предоставят непосредственный доступ к World Wide Web. Подобная технология позволит общаться в виртуальной реальности с другими людьми - или моделями людей - без какого-либо дополнительного оборудования. А сама виртуальная реальность уже не будет такой грубой, как теперь: она станет не менее реалистичной, утонченной и чувственной, чем истинная реальность". Слова писателя-фантаста Рэя Курцвейла на фоне передовых достижений науки и техники совсем не кажутся утопичными.

Нейробиологи из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе занялись протезированием гиппокампа, области головного мозга, отвечающей за память человека. Важно отметить, что электронный гиппокамп не просто стимулирует нервную систему, как это было в случае с имплантированием сетчатки и искусственным ухом, а заменяет ее поврежденный участок.

Несколько недель назад команда исследователей из Университета Вандербильта, применив электрические импульсы в опытах с большим галаго из подотряда полуобезьян, показала, что комплексные двигательные шаблоны воспроизводятся при стимуляции заднетеменной области коры головного мозга. Она служит посредником между чувствительными и двигательными зонами коры и считается ответственной за формирование в мозгу пространственной картины мира. Важно подчеркнуть, что раньше путем электростимуляции удавалось воспроизводить лишь простейшие движения зверьков.

Заключение

Если вспомнить книги величайшего фантаста 19 века Жюля Верна, с таким упоением читаемые нами в детстве, а потом проследить историю развития науки в 20 веке, то нельзя не восхититься даром предвидения писателя. И если роман "С Земли на Луну" и запуск первой космической ракеты разделяют почти 100 лет, то слова Рэя Курцвейла при наблюдаемом развитии нейробиологии станут реальностью намного быстрее.

Виталий КРАСИЛЬНИКОВ,
[email protected]