Кирилл В (vakhnenko) wrote,
Кирилл В
vakhnenko

Categories:

Нейробионика, часть I: "Ты помнишь как всё начиналось"

Решил наконец-то начать серию постов на тему.

Большая Советская Энциклопедия: "Бионика (от греч. biōn - элемент жизни, буквально - живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов". Ну а стало быть нейробионика -- это решение инженерных задач в нервной системе человека.

В этом посте расскажу про историю вопроса начиная аж с древних греков и кончая экспериментами эксцентричного пионера нейроимплантов -- испанца Дельгадо. С фотографиями.

Во второй части наверное напишу про основы нервной системы и обьясню принцип работы имплантов. Ну а потом выдам отдельные посты по разным типам имплантов: водители сердечного ритма, импланты для восстановления зрения и слуха, мозго-машинные интерфейсы и так далее. Еще думаю написать пару постов про любопытные случаи из практики нейрохирургов и нейрологов.

Античность

О том что именно нервы контролируют мускулы было известно еще древним грекам. В 3 веке до новой эры некто Эрасистратус из Александрии устроил публичную вивисекцию, в ходе которой "лишал" свинью "голоса", пережимая возвратный гортанный нерв. Затем был римлянин Гален, который эксперименитровал на позвоночнике, и делал первые операции по удалению глазной катаракты -- что есть мегакруто, ибо после него человечество таким снова занялось только в XIX (емнип) веке. Ну а затем настало средневековье, и человечество надолго забило на изучение нервной системы.

Гальвани

Наш следующий герой появляется на сцене аж полтора тысячелетия спустя. В 1786 году итальянский врач по имени Луиджи Гальвани препарировал лягушачью лапку скальпелем; по счастью делал он это на столе где в свободное от кромсания амфибий время ставил опыты с использованием статического электричества. И когда он задел скальпелем обнаженный нерв на лапке лягшки произошла весьма интересная вещь -- лапка дрогнула. Гальвани тут же соорудил установку побольше, на которой он без проблем мог бы воспроизводить этот любопытный эффект:


(с) английская педивики

Весьма унылый спор Гальвани с Вольтой по поводу природы электрического тока в теле я опускаю, интересующиеся его могут легко найти в интернетах. Зато хочется отметить что из этой находки тут же сделали аттракцион для охочей для развлечения публики: к висельнику подносили лейденскую банку -- тогдашний примитивный конденсатор -- и покойник начинал конвульсировать, открывать глаза и делать прочие классные штуки. Дамы от восторга падали в обморок; газеты писали что вот-вот ученые научатся оживлять мертвых, и что из-за этого человечеству настанет полный полярный лисиц. В общем лозунг "эти censored высоколобые нас всех скоро укокошат!" возник задолго до Большого Адронного Коллайдера.

Миф о 5% мозга

Небольшое отступление от темы, но тут прямо душа просится нести огонь знания людям.

Признайтесь, вы ведь не раз слышали что человек использует 5% мозга? Так вот, со всей ответственностью заявляю: это полнейшая, дичайшая, патентованная чушь.

Несколько простых и понятных доводов почему оно так:
- В нормальных условиях (бодрствование, в состоянии покоя) в головной мозг идет 15% объема крови из сердца, ибо хочешь-не хочешь а 3,5 миллилитра кислорода в минуту на каждые сто грамм мозговой ткани вынь да положь. Мозг это 15% метаболизма всего тела, несмотря на то что масса его составляет только 2% от массы тела. Существо с органом который так много жрет и имеет такой низкий КПД обречено на вымирание.
- Большинство клеток мозга вообще не участвует в сознательных мыслительных процессах. Есть дела поважнее: например автономные системы которые обеспечивают дыхание и прочие жизненно важные процессы. Или координация движений в мозжечке где сосредоточено -- ни много ни мало -- половина всех нейронов головного мозга. Есть отсеки которые занимаются интеграцией и анализом всех тех гигантских обьемов поступающей извне информации -- зрение, слух, тактильные ощущения и так далее.
- Мозговые опухоли, разрушающие в худшайших случаях лишь десятки процентов обьема мозга имеют самое негативное влияние на функциональности головного мозга -- как умственной деятельности, так и способности пациента к восприятию информации и контролю телом. И это несмотря на то что мозг чрезвычайно хорошо умеет перераспределять обязанности, заменяя те или иные пораженные участки

Так откуда взялось высказывание про 5%? Я точно не знаю, но пара гипотез имеется:

1) Высказывание это легко делается гораздо более вменяемым: в обычных условиях одновременно активируются не более пяти процентов нейронов головного мозга -- ибо это уже называется нехорошим словом эпилепсия, или исконно русским "падучая". Шут знает, может это и имел в виду безвестный автор, а потом его высказывание подхватили популизаторы?

2) Более красивая, на мой взгляд, версия. В начале века была популярна так называемая теория массового действия нейронов, согласно которой мозг работает как единое целое, все нейроны одинаковы, и специализированных зон мозга нет. В доказательство приводили эксперимент одного ученого: он вырезал разные части мозга мышей, а те все равно могли правильно пройти лабиринт который они уже знали. Из этого сделали вывод что раз функция организма не страдает при удалении части мозга, то согласно теории массового действия та часть-избыточна. Ну а мыши переставали доходить до конца лабиринта только при удалении весьма значительных порций коры.

Но экспериментатор не учел что лабиринт можно пройти по визуальным признакам, тактильным (прикосновение), олфакторным (обоняние), просто по памяти -- как мы по памяти можем найти выключатель в темной комнате. То есть удаление скажем зрительной коры мозга все равно позволит мыши добежать до конца лабиринта, но это не значит что та часть мозга не нужна. Позже неверную гипотезу благополучно опровергли, а вот массовое заблуждение осталось.

Модель Ходжкина-Хаксли

В 1952 году выходит работа двух вышеозначанных ученых, которая собственно и положила начало современной науке электрического влияния на нервы. Подробнее о модели я расскажу во второй части, а тут просто хочу отметить исключительный вклад этих двух. Та их публикация до сих пор не потеряла релевантности и все еще может послужить неплохим учебных пособием. В 1963 им за нее дали вполне заслуженную нобелевскую премию.

Хозе Дельгадо: Очень Интересная Личность

Испанский врач по имени Дельгадо первым начал проводить массовые эксперименты по электростимуляции отдельных частей мозга. Результаты были довольно любопытные, от подавления агрессии и боли до чувства эйфории. В 1969 Дельгадо опубликовал книгу «Физический контроль разума». Штука очень интересная, почитать на английском можно к примеру тут. К сожалению на том ресурсе нет первых глав книги, а они имхо наиболее интересны: Дельгадо рассуждает что есть разум, отношение оного к «душе», высказывает идею об эволюции разума и евгенике. Сами описанные эксперименты уже не очень интересны с научной точки зрения, но думаю читателям статьи оно будет интересно ибо Дельгадо зачастую делал ставку на театральность.

Предупреждаю сразу -- не стоит смотреть нижеследующие фотографии если вы умеренно шизанутый сторонник PETA, и вам жизни животных дороже жизней людей.

Как проводилось большинство экспериментов

Схематическое изображение электрода которые Дельгадо устанавливал в головном мозге

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Рентгеновский снимок импланта. Активируется тот радиосигналом

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Обезьяны с первым поколением импланта (потом Дельгадо его облагородил, ну а сейчас и вовсе все под кожей спрятано. Но об этом -- в следующих постах)

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Подопытная с имплантом

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"



Эксперимент первый
Первые опыты -- контроль зрачка.

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Эксперимент второй
Контроль ноги кошки. Так как активируется все это в мозгу, кошка сохраняет равновесие. С увеличением силы тока нога задирается выше.


(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"

Вообще тут надо сделать отспупление -- когда такое делали на людях они немедленно рационализировали свои движения, т.е. мозг не воспринимает это движение как навязанное извне. Скажем одному пациенту вживили имплант в моторный отдел мозга который поворачивал его голову. И каждый раз после включения (о котором ему не говорили) его спрашивали -- зачем вы повернули голову? Тот отвечал: я искал тапки, я искал книгу, я думал что там летает муха, и т.п. Любопытный феномен.


Эксперимент третий
Контроль агрессии. На первой фото кошки мирно сидят рядом

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"

При активации импланта кошка немедленно испытывает вспышку немотивированной агрессии

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Эксперимент четвертый
Контроль агрессии. Альфа-примат на первой фотографии занимает всю левую половину клетки, пресекая попытки других там оказаться.

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"

При активации импланта он приходит в пассивное и умиротворенное состояние. Другие макаки это чуют, перестают его бояться и начинают толпиться около альфы

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Эксперимент пятый
Выключатель из предыдущего эксперимента поместили в клетку. Обезьяны немедленно разобрались что к чему и при первых признаках агрессии альфы дергали рычаг, вновь делая того пассивным

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Эксперимент шестой
Коронный трюк Дельгадо. У быка -- вживленный имплантом с радиоуправлением.

Первый кадр.

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"

Второй кадр. Бык в ярости несется на испанца.

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"

Третий кадр. Имплант включен, бык тормозит в метре от Дельгадо и спокойно жует травку.

(с) José Delgado's "Physical Control of the Mind"


Однако в общем и целом работы Дельгадо по большому счету влияния на нейробионику практически не оказали. Причин тому было две:

1) В то время начали появляться достаточно эффективные лекарства для контроля умственных расстройств. Кому захочется кромсать себе голову если можно обойтись таблеткой два раза в день? Это сейчас уже ясны ограничения нынешней фармакологии; тогда же это все еще было внове.

2) Дельгадо весьма активно проталкивал не только медицинское, но и социальное использование нейроимплантов. В своей книге он так и говорит: зачем держать преступника в тюрьме если его можно "починить" чипом вживленным в мозг? Более того, он и эксперименты соответствующие ставил: по крайне мере один из его имплантов был вживлен женщине с проблемным характером, дабы посмотреть исправится ли она. А один из его последователей и того круче учудил: заставил гомосексуалиста заняться сексом с нанятой проституткой в своей лаборатории, одновременно стимулируя центр удовольствия в его мозгу. Ну, чтобы выяснить можно ли починить гомосексуализм мозговым имплантом (sic!).

Причем все это происходило как раз в тот период когда всплывали нехорошие подробности некоторых медицинских экспериментов в США, уж не говоря о том что после ВМВ и нацистских врачей-убийц мир стал гораздо настороженнее относиться к подобным идеям. Вообще, к сожалению, неэтичных медицинских экспериментов в истории США немало, те же исследования сифилиса в Таскиги. Если кому будет интересно могу написать про это пост.


В общем и целом из-за всего этого сама идея нейроимплантов как-то тихо сошла на нет в начале семидесятых и не возродилась в сколь-нибудь значимом обьеме вплоть до девяностых годов.
Tags: нейробионика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 13 comments