Текст книги "Нейроинженерия и нейротехнологии"

Этот принцип непрямого сублиминального обучения однажды может помочь обучить кого-нибудь, к примеру, выполнению броска дзюдо или игре на фортепиано. Как отмечает проф. нейромедицины из университета Бостона, ведущий автор исследования декодированных обратных нейросвязей Такео Ватанабе (Takeo Watanabe), естественно, что это еще не «Матрица», но со временем способ может перерасти в мощнейший инструмент, который будет во многом похож на происходящее в фильме. На текущий момент эту технику использовали лишь в перцептивном обучении, конкретно в визуальном обучении. А применение ее для моторного обучения – скоординированного движения членов тела, дыхания и баланса, которые являются важнейшей частью, к примеру, того же кунг-фу – станет серьезным вызовом для ученых. По мнению Т. Ватанабе, моторное обучение очень похоже на перцептивное, поэтому можно с высокой долей уверенности сказать, что эту технику можно применить и к нему. Однако моторному обучению требуются улучшения в последовательности движений, поэтому на это может уйти намного больше времени.

В настоящий момент на улучшение выполнения одного движения может уйти год или около этого, если применить эту методику. Если сравнить это со скоростью обучения из «Матрицы», то это практически вечность. Но у техники T. Ватанабе есть одно ключевое преимущество. В «Матрице» информацию и навыки транслировали в мозг напрямую, а в методике Ватанабе внедряться в человеческий мозг не нужно. У Нео и его друзей было множество различных портов по всему телу, куда подсоединялись питающие трубки и другие сенсорные кабели. Но самый важный разъем находился у основания черепа. Именно он позволял подключаться к обучающей программе.

На сегодняшний день в медицинской науке есть сходные, но пока не настолько продвинутые устройства. Это экспериментальные устройства, позволяющие парализованным людям контролировать механическую руку-манипулятор при помощи мыслительных команд. В мозг человека встраивается имплантат, который регистрирует электрическую активность нейронов, транслируя ее к механической руке. Дальнейшее развитие этих систем сможет существенно ускорить реабилитацию людей. По словам Брюса МакНотона, поверхностному манипулированию мозгом научатся уже в ближайшие десятилетия. Более того, станут реальными, к примеру, восстановление грубого визуального восприятия для слепых или считывание грубых управляющих сигналов для роботизированных протезов. Подобные вещи начали делать уже сейчас. Но для того чтобы развивать это направление, ученым понадобится более глубокое понимание физических основ человеческого мышления и памяти.

В мозге человека в среднем около 100 млрд нейронов, соединенных между собой триллионами нейронных связей, получивших название синапсов. Несомненно, что кратковременная память, во всяком случае частично, физически записывается в постоянно меняющихся нейронных соединениях, а также в самой нейронной архитектуре. Перепрограммирование клеток мозга таким образом, чтобы они формировали новые воспоминания, потребует прецизионной точности при очень малых масштабах оперирования.

По мнению Брюса МакНотона, теоретически возможность осуществить запись с нескольких нейронов достаточно реально, чтобы в дальнейшем стимулировать их. В некотором смысле это сможет возбудить всю систему. Но текущий уровень технологий не позволяет осуществить подобное без массивного вмешательства в мозг, что неминуемо приведет к серьезным повреждениям, да и сам имплантат в любом случае отторгнется иммунной системой. Но если предположить, что особые биосовместимые покрытия или лекарства помогут избежать атак со стороны иммунной системы, а также то, что имплантаты научатся взаимодействовать с внешними приборами для выборочного воздействия на нейроны на молекулярном уровне, все равно остается еще один фундаментальный вопрос: один ли язык или нейронный код использует мозг каждого человека или он у разных людей различен?

Ученые десятилетиями пытаются расшифровать мозговой нейронный код. Записываются паттерны мозговой активности во время обучения, рассуждения и запоминания у разных людей. И часто в процессе их изучения выясняется, что они могут существенно меняться от человека к человеку. В разных случаях мозг разных людей не действует по определенному стандарту, в отличие от компьютеров, которые с легкостью воспринимают общую программу обучения. Однако T. Ватанабе настроен довольно оптимистично и убежден в том, что применив техники декодированных обратных нейрологических связей, ученые уже в ближайшем будущем научатся удалять нежелательные и травмирующие воспоминания для усиления обучения.

На сайте www.bbc.co.uk мы нашли информацию о том, что еще в 2012 г. американские эксперты разработали то, что, по их словам, является наиболее реалистичным и точным с биологической точки зрения роботизированным протезом ног на основе работы нейросетей мозга человека. Инженеры уверены, что разработка может способствовать пониманию того, как дети учатся ходить и как следует лечить спинномозговые травмы. Специалистами была создана специальная система сообщений, которая генерирует ритмические сигналы мышц, контролирующих ходьбу. Британские эксперты считают, что интерес работы состоит еще и в том, что робот имитирует процесс ходьбы, а не просто движется.

Команда инженеров из Университета Аризоны (США) смогла сделать машинную копию сети нервных клеток в поясничном отделе спинного мозга, который генерирует ритмические сигналы мышц. Нейронные сети производят, а затем контролируют эти сигналы, собирая информацию из различных частей тела, участвующих в ходьбе. Это позволяет людям ходить, не думая об этом. В статье в журнале о нейроинженерии Journal of Neural Engineering говорится: «Этот робот представляет собой физическую или нейроботизированую модель системы, что свидетельствует о полезности такого рода исследований робототехники для изучения нейропсихологических процессов ходьбы человека и животных».

Мэтт Торнтон из Национальной ортопедической больницы Великобритании (UK’s Royal National Orthopaedic Hospital) отметил, что предыдущие роботы лишь имитировали движения человека, а этот в отличие от них копирует основные механизмы, контролирующие процесс движения человека. Авторы исследования убеждены, что это может создать новый подход к исследованию и пониманию связи между проблемами нервной системы и патологиями ходьбы.

Нейротехнологии для биоуправления техникой с использованием живых нейронных сетей. Несомненно, что это направление нейротехнологий также является вариацией и неотъемлемой частью технологий нейромашинного интерфейса. Однако здесь мы хотим поговорить об особом направлении этих современных нейротехнологий, когда устанавливается информационное взаимодействие между живыми нейросетями и компьютером, управляющим техническим устройством. Одним из очень перспективных направлений современной нейроинженерии являются работы Томаса ДеМарса (Thomas DeMarse), проф. биомедицинской инженерии Флоридского университета (США), который стал автором сенсационного проекта. Из клеток крысиного мозга он вырастил отдельный живой «мозг» и, подсоединив к компьютеру, обучил его управлять симулятором военного самолета.

Рис. 22. Томас ДеМарс (Thomas DeMarse), проф. биомедицинской

инженерии Флоридского университета (США)

Как считает Томас ДеМарс, эти достижения – только начало. Открытие позволит ученым сделать то, о чем они раньше могли только мечтать: увидеть, как взаимодействуют клетки мозга при выполнении определенной функции. «Мозг» Томаса ДеМарса – это 25 тыс. живых нервных клеток мозга крысы, помещенных в чашку Петри и подсоединенных через электроды к компьютеру. Это уникальное «окно», сквозь которое ученые могут наблюдать за работой мозга на клеточном уровне. Видя, как взаимодействуют клетки мозга, ученые смогут понять, что вызывает нервные расстройства, такие, например, как эпилепсия, и найти безоперационные методы их лечения.

Будучи «живым компьютером», созданная ДеМарсом модель может быть использована очень широко – например, для беспилотного управления самолетом или для выполнения заданий, опасных для жизни человека, вплоть до розыскных и спасательных операций. «Наш мозг обладает фантастической вместительностью! – говорит Томас ДеМарс. Вы легко можете вспомнить, что вы делали, когда вам было пять лет. Для человека это в порядке вещей, но компьютер пока на такое неспособен. Если мы вычислим, как работают нейронные сети мозга, то есть как нейроны складываются во время работы в своеобразные мозаики, мы сможем применить их для создания новых компьютерных сетей».

Экспериментальный «мозг» Т. ДеМарса взаимодействует с симулятором военного самолета F-22 через специально созданную систему, называемую мультиэлектродным массивом, и простой настольный компьютер. Электродный массив – это фактически тарелка с 60 электродами, объединенными в сеть на самом ее дне, а поверх них и размещаются нервные клетки из мозга крысы. Они с большой скоростью делятся и наводят между собой живые «мостики», образуя нейронную сеть. Мозг и симулятор налаживают между собой двустороннее взаимодействие, похожее на то, которое возникает, когда нейроны человека получают и анализируют сигналы, поступающие от тела. Чтобы контролировать симуляционный полет самолета, нейроны вначале получают информацию из компьютера об условиях полета: летит ли самолет прямолинейно или поворачивает вправо или влево. Затем нейроны анализируют данные и отвечают, посылая сигналы в центр контроля самолета. Эти сигналы меняют направление полета, и новая информация посылается нейронам, создавая систему взаимодействия. ДеМарс и его коллега Хосе Принсипе получили на дальнейшие разработки проекта правительственный грант в 500 тыс. долл. Они планируют создать математическую модель, отображающую работу нейронов мозга. Хотя уже сейчас созданная Томасом ДеМарсом мозгоподобная культура нервных клеток способна управлять симулятором самолета, ученый заявляет, что основные достижения и открытия еще впереди.

Существует точка зрения, что соединение биологической и информационной систем может очень много дать как компьютерной технике, так и медицине. Так, например, японские специалисты ряда крупных компаний исследуют нейронные сети, растущие на электродных платах, для конструирования нового поколения компьютеров и роботов. В медицине такие системы используются при изучении эффектов новых фармакологических препаратов. Они дают возможность проследить in vitro, как влияют различные вещества на работу целой нервной сети, а не одной клетки, что практиковалось прежде (Анохин, 2015).

Для экспериментов с подключением нейронов к компьютеру обычно используют незрелые нервные клетки, которые способны устанавливать контакты между собой. Разрозненные клетки помещают в чашку Петри, где они растут и образуют нервную сеть. На дне чашки находится электродная плата с десятками полосок-электродов, которые пересекаются отростками нервных клеток. Каждый раз, когда нейрон генерирует нервный импульс, пластинка регистрирует его и передает в компьютер. Таким образом можно получить двухмерную картину, наглядно демонстрирующую, в какое время в какой части пластины работал какой нейрон.

Первопричиной создания таких нейроэлектронных гибридов были не нужды фармакологии или промышленности, а желание понять принципы работы мозга. Ведь до сих пор мы не можем разобраться в том, как решает свои задачи целый мозг, состоящий из десятков миллиардов нейронов. И потребовалась модельная система, аналогичная целому мозгу, но уменьшенная количественно и доступная для наблюдений.

Похоже, что нейронные культуры воспроизводят ряд свойств самоорганизации целого мозга. Например, они способны к самообучению. Когда компьютер при помощи электродов подает разнообразные сигналы нервным клеткам в чашке Петри, они начинают улавливать корреляцию между этими сигналами. Особенно эффективно такая система заработает, если установить обратную связь, т.е. через компьютер дать понять нейронам, что определенная их реакция – правильная, а другая – нет. Тогда система нейронов способна выработать целую стратегию поведения с большими потоками сигналов.

Ранее уже были созданы устройства, которые помогали расширить возможности людей с ограниченными двигательными функциями. Но такие устройства были проводными. Сейчас же сотрудники Брауновского университета создали сенсорный имплантат. Он представляет собой мозговой чип в виде титановой коробочки размером 56 × 42 × 9 мм. Такой чип передает сигнал, который регулируют нейроны головного мозга. В чипе есть все необходимое для передачи сигнала, и он не требует дополнительной аппаратуры, шлемов и проводов. Кстати, зарядка чипа осуществляется беспроводным путем, что не требует его выемки.

Мозговой чип уже назван чудом инженерной мысли, т.к. оцифровывает сигналы мозга и передает их технике со скоростью 24 Мб/с. Именно процесс считывания импульсов мозга считается уникальным, ведь наш мозг не передает сигналы в виде единиц и нулей, как это делает компьютер.

Сейчас проходит процесс усовершенствования устройства. Ученые пытаются сделать чип еще более компактным, надежным и скоростным. Мозговой чип уже был вживлен трем свиньям и трем макакам, и, по оценкам ученых, животные чувствуют себя комфортно и никаких отклонений их мозговой активности не наблюдается. В скором будущем такие чипы будут вживляться и в головной мозг человека.

Нейротехнологии для совершенствования творчества. Проект MEART – «Полуживой художник» – является совместной разработкой исследовательской группы SymbioticA (Гай Бен-Ари, Фил Гамблен, Иэйн Свитман, Орон Кэттс, Йонат Цурр, д-р Стюарт Бант) Школы анатомии и биологии Университета Западной Австралии (Перт, Австралия) и группы Стива Поттера (Steve Potter) (д-р Стив Поттер, Дуглас Баккум, Том Демарш, Радхика Мадхаван, Питер Пассаро) Лаборатории нейроинженерии Технологического института (Laboratory for NeuroEngineering Georgia Institute of Technology) Джорджии (Атланта, США). Само название MEART образовано из слов MEA (Multi-Electrode Array – мультиэлектродный массив) и Art (искусство). Столь же механистичной, как и словообразование, является инженерная реализация эстетического манифеста создателей биоробота. Электродная сеть соединяет крысиные нейроны с компьютером, который, с одной стороны, преобразует электрическую активность нервных клеток в двигательные инструкции роботу и, с другой, производит раздражающие электрические воздействия на нервные клетки. Компьютер, в свою очередь, уже через электронную сеть и в режиме реального времени сносится по интернет-протоколу TCP/IP с расположенной на другом краю Земли, в далеком г. Перт, Лабораторией совместных исследований искусства и науки (The Art & Science Collaborative Research Lab) Университета Западной Австралии (University of Western Australia). Именно здесь, на Австралийском континенте, потоки сознания крысиных нейронов изливаются на бумагу, претворяясь в художественные образы. Компьютерные команды находят наконец своего адресата – робота-руку, при помощи 3 цветных фломастеров запечатлевающего видения изолированного фрагмента крысиного разума.

Премьерный показ проекта состоялся в рамках международного фестиваля Ars Electronica (Линц, 2000) и широко освещался мировой художественной прессой. В дальнейшем MEART был представлен на различных выставках и фестивалях современного искусства, в т. ч. Biofeel (BEAP, PICA, Перт, 2002), ArtBots (Eyebeam Gallery, Нью-Йорк, 2003), Challenges for a Ubiquitous Identity (Ciber@RT, Бильбао, 2004), Australian Culture Now (ACMI, Мельбурн, 2004), Art Digita – 2004 (1^st MBCA, M’ARS Gallery, Москва, 2005), Artrage Festival (Black Box Gallery, Перт, 2005), Strange Attractors: Charm between art and science (The Zendai Museum of Modern Art, Шанхай, 2006) и т. д.

Исследовательская группа SymbioticA Школы анатомии и биологии Университета Западной Австралии была образована в 2000 г. Группа SymbioticA – это уникальная научно-художественная лаборатория, которая занимается исследованием художественных перспектив научного знания вообще и биологических технологий в частности. В состав группы входят ученые, художники, исследователи и теоретики современного искусства. Исследовательская группа под руководством д-ра Стива Поттера (Stive Potter) была образована в 1999 г. в Лос-Анджелесе. В настоящий момент функционирует в рамках Лаборатории нейроинженерии Технологического института Джорджии (Атланта, США). С 1993 г. Стив Поттер работает над созданием новых видов материально-технического обеспечения для информационно-управляющих и исполнительных систем. За это время в его лаборатории был сконструирован ряд роботов, для управления которыми использовались нейронные массивы, выращенные на электронных подложках.

Нейротехнологии по созданию новых функций головного мозга. В 2013 г. ученые из Герцогского центра нейроинженерии успешно добавили лабораторным крысам новую возможность осязания. Благодаря черепно-мозговому имплантату животные получили возможности, которых у них не было от природы. Ученые добавили крысам возможность обнаружения инфракрасного света, который их глаз неспособен улавливать. Инфракрасный детектор был напрямую подключен к части мозга, которая отвечает за осязание. Сначала крыс приучали для того, чтобы получить воду в поилку, нажимать на светящуюся кнопку. После того как крысы уже знали, что воду дает только кнопка, которая светится, обычные светодиоды заменили инфракрасными и крысы смогли «видеть» уже и инфракрасное свечение и безошибочно его определяли. Ученые надеются, что в будущем можно будет восстанавливать способности человека к осязанию, если они были утрачены вследствие травмы или врожденной инвалидности (mir24.net).

Сегодня новую функцию мозга и периферических нервов можно создать путем комбинации хирургических методов и технологий нейроинтерфейса. Мы об этих технологиях уже говорили в разделе нейроинтерфейсов. Но здесь мы попытаемся поговорить о них именно с позиций создания новой функции мозга. Например, американцу, потерявшему обе руки в результате несчастного случая, удалось вживить высокотехнологичный протез. Новейшие искусственные руки, насыщенные электроникой, управляются силой мысли бывшего электромонтера Джесси Салливана (Jesse Sullivan). За 2 года до вживления импланта Джесси потерял обе руки в результате случайного прикосновения к оголенным проводам высоковольтной линии во время ее ремонта. Обе руки обуглились до самых плечевых суставов. Как и многим инвалидам в США, Джесси был вживлен обыкновенный электромеханический протез, позволявший двигать рукой с помощью нажатия кнопок остатками мышц. Однако через некоторое время специалисты Чикагского реабилитационного института предложили ему испробовать новейшую биомеханическую руку, которая сразу «поместила» обыкновенного электромонтера «на передний край современных биотехнологий» (цит.).

Для того чтобы снабдить Салливана новой рукой, хирурги пересадили часть оставшихся нормальных нервных окончаний с плечевого сустава на поверхность грудной мышцы. Потребовалось около 6 мес., чтобы эти нервы прижились на поверхности мышцы. В результате электроды, вживленные на поверхность мышцы, стали способны воспринимать генерируемые нервами сигналы, которые посылаются отсутствующей руке, и транслировать их в механические протезы, контролирующие передвижение искусственной руки. Как заявил лечащий врач Салливана, это первый случай, когда пересаженные нервные окончания используются для управления искусственной конечностью. Теперь когда Салливан думает о том, что он сгибает свою руку, мозг генерирует импульсы, которые должны управлять мышцами руки, и передает их по нервам. Электроды по тончайшим вживленным проводам передают эти импульсы управляющему блоку, контролирующему движения протеза. «Это хирургия уровня 1920-х годов, но используемая вместе с технологиями XXI века», – говорит один из лечащих врачей Салливана доктор Тодд Куикен (Dr. Todd Kuiken), практикующий в Чикагском реабилитационном центре. Некоторые исследователи ранее вживляли электроды непосредственно в головной мозг человека, на поверхность скальпа, а некоторые даже экспериментировали с детекторами нервной активности вне тела, однако новая технология пока неэффективна.

Нейротехнологии создания новых функций головного мозга очень тесно переплетаются с новыми трансгуманистическими идеями «перешивки», или перестройки, психики. Вопросы перестройки, или перепрограммирования, психики – самое психологически проблемное направление трансгуманизма. Гораздо более проблемное, чем усиление существующего интеллекта, наращивание мускулов или иммортализм (бессмертие). Потому что в большинстве случаев существующие нейротехнологии исполняют уже готовые желания, а здесь технология заставляет сначала разбираться в своих желаниях и их основах. При этом реальный, не лубочный прогресс, с учетом трансгуманизма и вмешательства в психику, напоминает комнату в кинофильме «Пикник на обочине» режиссера Андрея Тарковского. Люди думают, что она просто выполняет озвученные желания: стать богатым, известным, сильным, умным, полететь к звездам, омолодиться. А на самом деле она выполняет неозвученные, более сокровенные и фундаментальные желания, о которых сам человек может и не знать. Например, «счастья для всех и даром».

Отличие заключается только в том, что комната выявляла сокровенное желание человека сразу, а нейроинженерия будет делать это постепенно, и не для отдельного человека, а для всего человечества – в ходе практики использования людьми новых средств. Поначалу будет казаться, что нейроинженерия выполняет обычные сиюминутные озвученные желания. Но попробовал так – не нравится, попробовал сяк – не нравится, и постепенно стал нащупывать самое настоящее и самое важное. Единое для всех. Можно даже сказать, что прогресс нейроинженерии – это комната Стругацких с дополнительно предусмотренным правом на ошибку. Но все равно итог один: если комната начнет работать, сокровенное фундаментальное желание со временем будет выполнено. И в значительную часть наших современников, особенно интеллигенции, это вселяет ужас. Мощнейший страх человечества перед самим собой. Кстати, киногерои А. Тарковского побоялись комнаты, а герой братьев Стругацких – нет.

Другой, не менее фантастической задумкой американских ученых явилось желание создать между двумя разными людьми единую область сознания и как бы дополнять сознание одного человека сознанием другого. Американские ученые – специалисты из Университета Вашингтона – впервые в истории заставили сознания двух разных людей работать как единое целое (Rhao, Stakko, 2013). В ходе эксперимента Раджеш Рао, университетский профессор информатики, мысленно управлял действиями Андреа Стакко, научного сотрудника факультета психологии. На Рао при этом была надета специальная ЭЭГ-шапка, используемая для считывания электрической активности мозга ученого.

Деятельность области мозга, которая контролирует движение рук Стакко, стимулировалась посредством транскраниальной магнитной катушки. Данный интерфейс позволял перевести сигнал одного мозга в сигнал другого. В итоге Рао представлял, как шевелит рукой, тогда как движения выполнялись руками Стакко. Стоит напомнить, что несколько ранее ученым этого же университета удалось доказать на примере грызунов, что биологические существа способны считывать на расстоянии мысли друг друга.

Рис. 23. Шлем на основе ЭЭГ для «чтения мыслей»

В 2012 г. другие американские нейрофизиологи сообщили, что им удалось достичь определенного успеха в чтении и передаче мыслей (рис. 23). Так, ученым удалось декодировать поток мыслей в текст. Так, слова, которые человек хочет произнести, теперь можно прочесть на дисплее компьютера. Специалисты Калифорнийского университета «подслушивают» внутренний монолог подопытного при помощи специального устройства, преобразующего мозговые волны в звук и текст. Для того чтобы распознать мысли, ученые подключили к мозговым центрам подопытного, отвечающим за слух, множество специальных электродов, после чего стало возможным услышать, что человек произносит про себя. Разумеется, сигнал был обработан. Как известно, профессиональные музыканты, глядя на видеозапись игры пианиста с выключенным звуком, все равно слышат мелодию в голове. Именно этот факт и лег в основу проведенного американскими учеными исследования.

Нейротехнологии для лечения нервных болезней и психических расстройств у человека. Иллюстрацией создания этого направления нейротехнологий может быть интеграция разных научных школ нейроинженерии для целей практической медицины вообще и неврологии в частности. В 2011 г. Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL) и Высшая школа медицины Гарвардского университета Harvard Medical School (HMS) обнародовали совместную программу исследований (EPFL et Harvard Medical School dévoilent le programme collectif de recherches en neuroingénierie). В марте 2011 г. исследователи EPFL и Гарвардской медицинской школы собрались в Лозанне для обсуждения совместных научных проектов. Федеральная политехническая школа Лозанны и Высшая школа медицины Гарвардского университета Harvard Medical School объединили компетенции в сферах нейронаук и инженерного дела для разработок новейших методов лечения неврологических патологий, таких как параплегия и глухота.

Уже в ноябре 2011 г. участники этого проекта сообщили об эпохальном соглашении между Федеральной политехнической школой Лозанны (EPFL) и медицинским институтом Гарвардского университета – Harvard Medical School (HMS). Благодаря поддержке Фонда Бертарелли (de la Fondation Bertarelli), вложившего в проект 3,6 млн долл., 2 сильнейших университета мира смогли объединить свои усилия в изучении и разработке методов лечения сложных неврологических патологий. Швейцарская и американская высшие школы обнародовали программу совместных исследований: 6 научных проектов, которым суждено было стать премьерой в нейроинженерии и, вполне вероятно, совершить революцию в лечении неврологических заболеваний. Основываясь на последних достижениях генотерапии, оптической томографии и систем взаимодействия между человеком и компьютером, исследователи EPFL и Гарвардской медицинской школы решили попробовать найти новые клинические методы лечения патологий спинного мозга и слухового аппарата.

Пять из 6 научных проектов, включенных в программу Бертарелли по нейроинженерии, были направлены на разработку новых методов диагностики и терапии широкой гаммы заболеваний слуха, в первую очередь глухоты, вызванной генетическими отклонениями или внешними факторами. Шестой проект основывался на новейших достижениях EPFL в области стимуляции спинного мозга, и благодаря сотрудничеству с Гарвардом он должен быть выйти на следующий этап: конечная цель – разработать электронные механизмы, позволяющие восстанавливать нарушенные нервные соединения в спинном мозге.

Почему столь сложную задачу для объединения научных усилий поставили перед собой 2 самые передовые университетские медицинские школы мира? Главная проблема диагностики патологий слухового аппарата заключается в том, что врач не может рассмотреть вблизи ткани и клетки внутреннего уха. В последние годы введение микроэндоскопов немного облегчило задачу, но необходимость использования флуоресцентных маркеров по-прежнему затрудняет диагностику для человека. В то же время инженеры и физики EPFL уже давно разработали метод оптической визуализации без применения красящих веществ. Проф. Федеральной политехнической школы Лозанны, специалист по оптофлюидным системам Деметри Псалтис активно сотрудничает с гарвардскими врачами-отиатрами в целях разработки совершенно новой методики визуализации для внутреннего уха. Исследователи попытались оптимизировать инновационные методы диагностики, позволяющие насквозь просматривать ткани благодаря световым волнам. Конечно, тех великих целей, которые перед собой ставил проект, исследователи не добились, но сама попытка решения столь сложной задачи достойна уважения. Локальные цели, достигнутые в проекте, имеют большое практическое значение для современной медицины.

Другой проект этих межуниверситетских взаимодействий был создан для осуществления генотерапии для борьбы с врожденной глухотой. Генотерапия – относительно молодая область исследований, объединяющая принципы генной инженерии, биотехнологий и медицины для внесения изменений в генетический аппарат человека в целях лечения сложнейших заболеваний. Сегодня 1 ребенок из тысячи рождается с нарушениями слуха, часто вызванными генетическими патологиями. Метод генотерапии основывается на введении генетически модифицированных вирусов, транспортирующих «корректирующие» гены к клеткам с мутированными генами, вызвавшими заболевание. Первые неудачи подобных опытов охладили пыл специалистов, но недавние исследования возродили надежду, что генетические заболевания слухового аппарата можно излечивать генотерапией.

Основная проблема: на данный момент ученым известно не так много вирусов, способных проникнуть в чувствительные клетки слухового аппарата. Проф. Джеффри Холт из Гарвардского университета, специалист по физиологии слуховых клеток с мировым именем и врач детского госпиталя в Бостоне, совместно с экспертом Федеральной политехнической школы Лозанны в области генотерапии исследовал новые вирусы, способные транспортировать гены к пораженным тканям слухового аппарата. Опыты на лабораторных мышах привели исследователей к разработке метода, применимого для лечения врожденной глухоты у человека.

Еще один проект EPFL и медицинского института Гарвардского университета Harvard Medical School (HMS) был направлен на решение проблемы лечения глухоты путем управления регенерацией клеток и нейронов. Потеря слуха у пожилых людей в большинстве случаев вызвана отмиранием чувствительных слуховых клеток и нейронов во внутреннем ухе. Последнее может быть вызвано шумом, инфекциями и даже некоторыми лекарствами и сопровождается ощущением постоянного гудения в ушах. Слуховые клетки, к сожалению, не восстанавливаются так, как способны делать это клетки кожи, или крови, или, например, обонятельной выстилки носа. Первый этап на пути к лечению такого типа глухоты – найти способы регенерации слуховых клеток и нейронов внутреннего уха. Недавно исследователям Гарвардской медицинской школы удалось изолировать клетки внутреннего уха в процессе развития и генетически увеличить скорость их размножения.