Зачем электроника вмешивается в человеческий мозг.

7 апреля 2020 года по многим зарубежным и отечественным СМИ прокатилась волна фальшивых новостей о том, что с США якобы арестован профессор Чарльз М. Либер за работы по вирусологии, спонсируемые Китайским университетом в Ухане. На поверку оказалось, что Чарльз М. Либер был действительно арестован в феврале 2020 года, но за разработки в области чипизации человеческих мозгов на китайские деньги и при участии китайских ученых по государственной программе поддержки 1000 лучших китайских молодых ученых. Ознакомление с сайтом Гарвардского университета принесло неожиданную находку: статью профессора Либера о современном уровне технологии вживления чипов в человеческий мозг. Предлагаю Вам ознакомиться с текстом статьи и высказать мнение по поводу этих разработок. Мой двоюродный брат Вадим Новиков в 1980х попал в автокатастрофу и стал инвалидом, но не сдался и освоил электронику настолько, что ремонтировал самые сложные аппараты от видеокамер до Натовских гидроакустических буев. Вадим серьезно интересовался технологиями электронного протезирования и мечтал о том, что сможет обойти поврежденный спинной мозг и управлять нижней частью тела, подавая команды стимуляции на электроды, вживленные в мышцы. К несчастью Вадим погиб в лихие 1990-е, не дожив до дня, когда медицина и электроника достигли уровня развития, позволившего электронные программные протезы, стимулирующие человеческие мышцы.

Статью я перевел в светлую память Вадима, который был моим братаном, профессиональным наставником и надежным другом.

Теперь о том, на что в этой статье следует обратить особое внимание:

США и Китай работают над прямом считыванием и передачей в мозг через трехмерные сетчатые структуры с шиной данных, вживляемые через иглу шприца в глубину человеческого мозга, в том числе для развития интеллектуальных способностей человека. Понятно, что такое вмешательство очень грубое, шарлатанское и нацелено на выяснение того, сможет ли человек научиться взаимодействовать с компьютером через нейроны мозга. Сегодня профессор Чарльз М. Либер вживляет нано-сетки с микро-проводами мышам, но нацеливается он на мозг человека.

Я не могу найти ответа на вопрос, кто будет первым подопытным человеком, который согласится на такой грубое, авантюристическое, шарлатанское и бесчеловечное вмешательство в человеческий мозг без необходимых системных знаний, относящихся к защищенным Творцом, также как человеческий геном, скорость света и термоядерный синтез.

Драматические события, разворачивающиеся сегодня на Земле, также как эта статья красноречиво говорят о том, что преступная мировая элита, обманом присвоившая себе ресурсы и власть над Землянами, показывает свою некомпетентность в естественно-научных вопросах, истории и философии, действует безответственно, по-шарлатански, человеконенавистнически.

Среди одного миллиарда выродков, которых элита планирует оставить на Земле, русские и тем более Православные очевидно не планируются.

Перед русским мужиком сегодня снова, как в 1242, 1380, 1612, 1812 и 1941 годах остро встает задача жертвенной защиты своей древней земли и будущего своих детей от оккупантов.

Точная электронная медицина в мозге.

Шон Р. Патель и Чарльз М. Либер

Периодически на протяжении истории события из смежных областей науки и техники достигают переломного момента, когда вместе они производят беспрецедентные достижения, такие как «Атлас мозга Аллена» и проект «Геном человека». Сегодня исследования сосредоточили внимание на интерфейсе между нервной системой и электроникой, что не только приводит к прогрессу в фундаментальной нейробиологии, но также раскрывают потенциал имплантатов, способных к терапевтическому нацеливанию на клеточном уровне. В конечном счете, эта персонализированная электронная терапия обеспечит новые методы лечения нейродегенеративных и психоневрологических заболеваний; управление протезами для восстановительной функции при дегенеративных заболеваниях, травмах и ампутациях; и даже усиление человеческого интеллекта.

В целом, мы считаем, что новые достижения в области ткане-подобной электроники позволят создавать минимально инвазивные устройства, способные устанавливать стабильный и долговременный клеточный нейронный интерфейс и обеспечивать долгосрочное лечения хронических неврологических состояний.

Нейротехнологии, которые непосредственно взаимодействуют с нервной системой человека, достигли переломного момента, который мог бы открыть новые приложения для электронных имплантатов в неврологии и медицине.

Десятилетия исследований и клинических применений терапевтической электростимуляции (1–3), а также развитие нейронных зондов для нейронаучных исследований (4–6) обеспечили базу для дальнейших исследований в будущем.

Однако, несмотря на эту положительную тенденцию развития, мы утверждаем здесь, что существующие сегодня нейронные интерфейсы являются лишь временным решением, пока основные структурные, механические и топологические несоответствия между электрическими зондами и сотовыми сетями, составляющими мозг, будут разрешены (7).

В этой перспективе мы подчеркиваем необходимость по настоящему стабильных и минимально инвазивных мозго-электронные интерфейсов, которые имитируют природные свойства нервных тканей и их конститутивных клеток.

Подходы, которые позволяют стабильно считывать состояние и модулировать одни и те же отдельные нейроны и нейронные цепи в течение длительных периодов времени обещают открыть новые возможности для предоставления персонализированной терапии лицам со сложными неврологическими и психическими расстройствами, а также мощный контроль протезирования для восстановительной функции в дегенеративные заболевания, травмы и ампутации - что мы называем здесь «Точная электронная медицина».

Ключевые компоненты Точной Электронной медицины заключаются в следующем:

(i) стабильная запись и считывание одних из тех же отдельных нейронов, которые составляют нейронные цепи во времени (большинство современных технологий не имеют такой возможности) (8,9);

(ii) стабильная модуляция отдельных нейронов в нервных цепях на основе изменений в записанных сигналах, отслеживаемых в (i) (современные технологии могут модулировать только те области мозга, которые включают тысячи нейронов) (1);

(iii) замкнутая обратная связь и управление на основе стабильного отслеживания и стабильной модуляции отдельных нейронов в нервных цепях;

и, в конечном итоге, (4) мониторинг и модуляция на уровне специфических нейронных подтипов.

С этой точки зрения, мы предлагаем, чтобы центральным компонентом для достижения этих прорывов стала необходимость разработки и внедрения «ткане-подобных» нейронных технологий, способных создавать стабильный интерфейс на клеточном на субклеточном уровне в мозге в течение длительные периоды времени. Сначала мы изложим наше видение Точной электронной медицины, необходимое для реализации предмета этого видения, и области, где это может повлиять на фундаментальную науку и терапевтическую медицину.

Далее мы вернемся к краткому обсуждению состояния дел в технологиях нейронных имплантатов как для медицины, так и для исследований. Мы отмечаем существенные успехи, достигнутые в создании внешнего интерфейса, где имплантаты соединяются с мозгом, и во внутреннем подключении ввода/вывода и обработки данных, а также в выявлении фундаментальных механических, структурных и биохимических несоответствий между имплантатами и клеточными сетями в нервных тканях, которые в конечном итоге ограничивают возможность иметь точную связь с одними и теми же нейронами в течение жизни имплантата и, следовательно, способность иметь более сложную биологическую функциональность.

Затем мы опишем, как применение концепций биомимикрии привело к «ткане-подобной» и «нейроно-подобной» электронике, не вызывающей иммунного ответа, способной к стабильной интеграции и записи из мозга в течение длительных промежутков времени. Наконец, мы обсуждаем события, которые могут привести к созданию специфичного для разных типов клеток двунаправленному электрическому интерфейсу, модификации ткане-подобных имплантатов для восстановления клеток нервной системы (или ткани) и ограничения, которые необходимо преодолеть, чтобы реализовать прецизионной электронной медицины.

Тенденции в нейронной записи и нейро-модуляции.

Тремя ключевыми компонентами нейро-модуляции и нейро-протезирования являются системы зондирования, управления и обработки данных (рис. 1).

Среди разнообразных технологий, используемых в этих трех областях, существуют общие черты, которые могут помочь оценить как преимущества, так и недостатки существующих и появляющихся нейронных устройств и обеспечивают основу для контекстуализации нашего видение Точной электронной медицины.

Применительно к восприятию мы записываем сигналы активности непосредственно из мозга (например, массивы поверхностных или имплантированных электродов), а также от устройств, используемых для обнаружения, например, внешних визуальные или звуковые сигналы. Сигналы, которые обеспечивают контроль, это те, которые могут быть доставлены в область мозга или периферической нервной системы через имплантированные электроды или, например, протез.

Последний компонент, процессор, мы определяем как оборудование, которое преобразует чувствительные сигналы, которые затем отправляются на устройство управления или нервную ткань.

Во многих коммерческих имплантированных стимуляторах управляющие электроды образуют разомкнутый контур - без прямой сенсорной обратной связи - хотя процессор может быть отрегулирован и/или впоследствии оптимизирован для максимальной эффективности на основе наблюдаемого ответа пациента. Текущие и будущие тенденции указывают на замкнутые системы, в которых сигналы обратной связи, особенно от мозга или нервной системы, используются непосредственно в процессоре для оптимизации сигналов управления в режиме реального времени, чтобы максимизировать эффективность (10,11).

В конечном счете, это позволило бы более точно нацеливать и управлять нервными биомаркерами, непосредственно связанными с облегчением симптомов, таким образом повышая терапевтическую эффективность и уменьшая нежелательные побочные эффекты.

На сегодняшний день большинство нейронных устройств являются однонаправленными, способными записывать или стимулировать нейронную активность, но не делать то и другое. Однонаправленное записывающее устройство, такое как моторное протезирование, может расшифровать моторное намерение от корковой нервной деятельности мозго и активировать роботизированную руку, чтобы восстановить движение парализованного человека (12,13).

Аналогичным образом, однонаправленные устройства стимуляции, в том числе кохлеарные (для тугоухих) имплантаты (14), глубокая стимуляция мозга (1) и моторное (12) и визуальное протезирование (15,16), позволили добиться успеха в модификации и улучшение функций мозга в терапии или поддержке.

Технологические и научные ограничения, в том числе относительно небольшое количество электродов в многоточечных нейронных стимуляторах, отсутствие стабильного нейронного интерфейса, затрудняющие стабильное отслеживание нейронной активности, необходимой для обратной связи, ограничения в вычислительной обработке и недостаточное понимание основного нейронного кода, затрудняют прогресс в расширении за пределы однонаправленного протезирования, хотя ситуация постепенно меняется (17–19).

Системы нейронной стимуляции.

Первый отчет о клиническом применении электрической стимуляции мозга можно проследить до римского врача Скрибония Ларгуса, который в 46 году подробно описал приложение биоэлектрической рыбы Torpedo ocellata к поверхности черепа для лечения головной боли и подагры (20).

Сегодня, хотя у нас есть доступ к более современным технологиям, такие же электрически разомкнутые, без обратной связи стимуляторы используются в устройствах, имплантированных на поверхности или в более глубокие ткани мозга (рис. 1). Эти подходы, которые включают глубокую стимуляцию мозга (DBS), используются для лечения двигательных, неврологических и психоневрологических расстройств, в том числе Болезни Паркинсона, обсессивно-компульсивные расстройства (навязчивые мысли, вызывающие навязчивые движения), депрессия, эпилепсия и болезнь Альцгеймера (обзор см. в (1)).

Эти подходы нейронной стимуляции являются относительно "грубым" терапевтическим вмешательством, включающим широко распространенную модуляцию нервную активность через имплантацию большого стимулирующего электрода с низким электрическим сопротивлением. Например, уменьшение моторных симптомов, таких как тремор, брадикинезия и ригидность с двусторонней субтальмической ядерной глубокой стимуляцией мозга (DBS) при лечение болезни Паркинсона с использованием имплантируемых электродов хорошо известна, но подвержена следующим ограничениям (21) (см. обзор по этому вопросу у Cagnan (22)):

во-первых, размеры электродов DBS и соответствующие расчетные объемы стимуляции охватывают большое количество различных типов нейронов и различных функциональных путей (23-25), который имеет потенциал для нежелательных побочных эффектов и исключает терапевтическое применение более высокой точности;

во-вторых, стимуляция обычно применяется без обратной связи, за исключением корректив, внесенных после имплантации неврологом для оптимизации жизнеспособности через итеративное и периодическое наблюдение за пациентом, ограничение эффективность терапии;

и в-третьих, непрерывный режим работы и большие размеры имплантатов ограничивают эффективный срок службы имплантатов с точки зрения срока службы батареи (26–28) и неблагоприятный тканевый иммунный ответ на имплантаты (29) соответственно. На некоторые из этих ограничений были сосредоточены усилия по улучшению клинических имплантатов. Чтобы обеспечить более точное управление эффективным объемом стимуляции, в коммерческих проектах применяют сегментирование имплантатов и увеличение количества адресуемых электродов (30,31). Тем не менее, типичные размеры этих сегментированных электродов остаются относительно большими по отношению к отдельным нейронам, и модели конечных элементов предполагают, что они могут иметь ограниченную способность управлять терапевтическими токами стимуляции помимо того, что предусмотрено четырьмя радиальными электродами, составляющих конструкцию системы глубокой мозговой стимуляции (DBS) (32). Демонстрации замкнутой стимуляции в научных исследованиях (17,33) где активность мозга контролируется через локальные потенциалы поля (LFP) привели к внедрению модернизированных систем DBS для клинической оценки (34,35).

Записи в реальном времени данных с электродов глубокой стимуляции мозга (DBS) или тандемно расположенные на поверхности поверхности мозга электроды могут обеспечивать управляемую нейронную стимуляцию с обратной связью, регулировку параметров стимуляции, таких как напряжение и время через встроенные алгоритмы (36).

Хотя достижения в стимуляции с обратной связью по воздействию имеют непосредственное применение для улучшения лечения болезней, таких как болезнь Паркинсона, синдром Туретта (37,38) и эпилепсия (39), они не преодолевают фундаментальные ограничения селективных парных связей между нейронными группами, необходимые в Точной электронной медицине.

В конечном итоге при таком подходе разрешение остается низким, без разбора стимулируя большое число разных типов нейронов и различных нейрональных путей; не в состоянии предоставить подробную информацию обратной связи о пиковой активности нейронной цепи; и не учитывает внутреннего несоответствия имплантатов с тканью, что приводит к иммунному ответу и существенно ограничивает стабильность и срок службы электрода.

Разработка улучшенных нейронных интерфейсов (40,41) в том числе разработка и производство полностью имплантируемых систем считывания нейронов, способных к крупномасштабному считыванию с высокой пропускной способностью и к стимуляции, а также алгоритмы, способные работать в режиме реального времени, терапия с обратной связью и управление протезами(42,43) также были в центре внимания крупных исследовательских программ по всему миру (44–47).

Комментарии: