ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НЕЙРОКИБЕРНЕТИКИ.

Замещением утраченных функций человечество интересовалось с давних времен. Недавно появились сообщения о первом протезе, найденном в древнем захоронении в Египте. Он представляет собой деревянный протез большого пальца ноги сохранившейся мумии. Значительно позднее, в эпоху Возрождения, появились первые механические протезы конечностей. Во второй половине XX века, во время интенсивного развития электроники, стало возможным создание принципиально новых протезов конечностей, максимально по своим механическим свойствам приближающиеся к оригиналу. Совершенствовались и способы передачи управляющих воздействий на протез со стороны организма. Прелагалось использование мышечных биопотенциалов в качестве управляющих сигналов.

В настоящее время используется принцип непосредственного трансформирования нервных биопотенциалов в управляющие сигналы при помощи нейроэлектронного интерфейса. Благодаря разработке такого интерфейса реализованы протезы верхних и нижних конечностей (производитель – корпорация «Siemens»), протезы глаза, уха. Интенсивно ведутся разработки по созданию серийных мозговых имплантантов, являющихся, по сути, протезами отдельных функциональных возможностей головного мозга.

Возможность замены естественных сердечных клапанов, разрушенных в результате патологических процессов, на искусственные клапаны открыло новую страницу в кардиохирургии. Успехи развившейся хирургии сердечных клапанов стимулировали к созданию полностью искусственного человеческого сердца, что стало возможным благодаря проведению многоцентровых исследований и многомиллиардным инвестиционным программам.

Мозговые имплантанты в настоящее время привлекают пристальное внимание специалистов многих областей. Работами отделения нейрофизиологии института экспериментальной медицины, руководимого Н.П. Бехтеревой, заложены краеугольные камни данного направления. При помощи методики хронических глубинных внутримозговых электродов были получены фундаментальные знания относительно физиологии глубинных структур головного мозга человека и их роли в обеспечении психической деятельности. Раскрыты механизмы, обеспечивающие долговременную память, определена роль гибких и жестких звеньев мозговых систем как одного из физиологических принципов функционирования головного мозга человека. Обнаруженные в ходе исследований механизмы формирования устойчивого патологического состояния позволили выполнить сложные нейрохирургические вмешательства на подкорковых структурах с целью коррекции нарушенных функциональных внутримозговых взаимоотношений. Сегодня применяются мозговые имплантанты при лечении эпилепсии, торсионной дистонии, паркинсонизма, эндогенной депрессии. Есть надежда, что в ближайшем будущем мозговой код психической деятельности человека будет раскрыт. А это значит, что человечество впервые получит доступ к управлению эмоциями, памятью, творчеству и мыслительным процессам через реализацию какого-то, пока еще неизвестного нейрокомпьютерного интерфейса. Это ознаменует принципиально новый этап эволюции человека – появление homo intellectus, или homo informaticus.

Коррекция нарушенных функций организма в целом и отдельных органов также нашла свое отражение в современной высокотехнологичной медицине.

Широкое распространение получили кардиостимуляторы. Активная часть кардиостимулятора в виде внутрикамерного электрода соприкасается с миокардом, выполняя роль искусственного водителя сердечного ритма, компенсируя, тем самым, нарушенную функцию проводящей системы сердца.

Мозговые имплантанты

Схема мозгового имплантанта.

В 80-х годах появились энтеральные магнито- и электростимуляторы, так называемые «кремлевские таблетки». Выполненные в виде двухсантиметровой металлической капсулы стимуляторы перистальтики и секреции желудочно-кишечного тракта проходили через всю длину пищеварительной трубки, облегчая работу последней. Хотя они и не получили широкого распространения, все же доказали принципиальную возможность подобного подхода.

Расширение функциональных возможностей отдельных органов и систем.

Данное направление развивается пока еще с огромным трудом. Трудности заключаются в том, что усиление отдельной функциональной системы неизбежно ведет к возрастанию нагрузки на сопряженные функциональные системы. Это существенно ограничивает как диапазон «усиления», так и адаптационные возможности функциональной системы и всего организма в целом. В такой ситуации малейшее нарушение гомеостаза неизбежно повлечет за собой сбой в организме, функциональные резервы которого подвергаются такой интенсивной эксплуатации.

Мышечные усилители.

Терморегуляция (термокостюм) = усовершенствованные покровы тела.

Приобретение новых функций. Все предыдущие примеры мы рассматривали с позиции коррекции патологических состояний.

Рецепторные возможности человеческого организма достаточно широки и совершенны. В плане восприятия окружающей среды и приспособления к ней этого разнообразия вполне достаточно. Посетовать можно разве что на ночное зрение, хотя дневное зрение с такой цветовой и пространственной возможностью оставляет далеко позади все остальные виды.

Уникальные способности летучих мышей к пространственной ориентировке при помощи высокочастотных звуковых колебаний, способность дельфинов улавливать инфразвук ставят человека в менее выгодное положение по способности восприятия звуков среди этих животных. Непосредственной необходимости в этом, конечно же, нет, но сама возможность оказалась бы не лишней. Представьте себе человека, который свободно ориентируется как в абсолютно темном помещении, так и в морских глубинах. Именно для исследования морского дна и применяется принцип эхолокации.

Сегодня существуют реальные возможности расширения «чувственного восприятия » человека. В связи с трагическими событиями 11 сентября 2001 года в США встал вопрос о предупреждении террористических актов. Стал актуален вопрос об обнаружении взрывчатых веществ в общественных местах и госучереждениях. В этих условиях и нашли свое применение разработки по созданию так называемых «электронных носов».

Диагностические системы. Спектр микроэлектронных устройств, позволяющих регистрировать отдельные биохимические и электрофизиологические показатели, достаточно широк. С их помощью можно определять значение важнейших гомеостатических показателей (концентрацию глюкозы, важнейших электролитов, рН крови, давление крови, температуру тела и др.). Подобные устройства могут быть имплантированы в тело человека и собирать, таким образом, важнейшую информацию о текущем состоянии основных, либо частных показателей, в зависимости от поставленной задачи и патологического состояния. При наличии хронического заболевания подобный мониторинг мог бы оказаться крайне полезен. Информация с имплантированных датчиков может поступать по сети на сервер и при помощи программного обеспечения формировать базу данных пациента. При помощи таких систем можно осуществлять контроль за состоянием физиологических показателей множества пациентов, находящихся в любом отдалении как друг от друга, так и от сервера. Оценку поступающей информации производит специалист, дает рекомендации, осуществляет текущую медикаментозную коррекцию. В качестве специалиста может выступать и экспертная система.

Дистанционная диагностическая система.

Список подобных «усовершенствований» можно значительно расширить, но до полноценного применения и внедрения в повседневную жизнь необходимо решить ряд проблем.

Проблемы.

При создании любых механических или электронных устройств перед исследователем стоит ряд вопросов, от успешности решения которых зависит и успешность применения данных устройств. Среди целого круга вопросов можно выделить методологические, технологические (биологическая адекватность, миниатюризация, минимальная травматичность при максимальной эффективности), техническое совершенство, а также социально-правовые и психологические, морально-этические и философские проблемы.