В популярном телешоу 1970-х годов «Человек за шесть миллионов долларов» говорилось об астронавте - Стивене Остине. Он потерпел крушение в космическом корабле и был на грани смерти, прежде чем ученые решили «перестроить» его. Во время вступительных титров, теперь знаковый голос за кадром сказал: «У нас есть технологии. У нас есть возможность построить первого в мире бионического человека … Лучше, чем он был раньше. Лучше, сильнее, быстрее». Так начиналась бионика в медицине.
Развитие бионики в медицине
В то время в мире не было технологии, позволяющей полностью заменить травмированные конечности и глаза, и 6 миллионов долларов (тогда и сейчас) вряд ли достаточно, чтобы создать образец с бионическими улучшениями, позволяющий ему разгоняться до 60 миль в час со сверхчеловеческой силой. Тем не менее, сегодня происходят быстрые улучшения в сфере использования машин и технологий, чтобы помочь пациентам оправиться от тяжелой травмы и болезней, и скоро на горизонте появятся новые революционные инновации.
Передовые компании и медицинское сообщество играют ведущую роль в развивающихся технологических секторах, которые внесут серьезные изменения в то, как мы лечим и исцеляем больных и раненых. Эти инновационные открытия не зарезервированы для секретных агентов за шесть миллионов долларов. Невероятные исследования и инновации в реальном мире объединяют людей и технологии для преодоления болезней и ограничений, как никогда раньше.
Примеры бионики в медицине
Ян Шойерманн живет на границе технологических и медицинских инноваций. Более десяти лет назад у Шойерманна была диагностирована дегенеративная нервно-мышечная болезнь, из-за которой он был парализован ниже шеи. Не в силах пошевелить конечностями, он недавно поднес плитку шоколада к губам, просто подумав об этом. Команда исследователей, врачей и ученых из Университета Питтсбурга имплантировала 200 электродов в левую кору головного мозга Шейерманна, что позволило технологии интерфейса мозг-машина расшифровать двигательные сигналы его мозга и направить их на роботизированный протез. Эта новаторская способность была соединена с таким же революционным протезом.
С 2009 года программа Revolutionizing Prosthetics Агентства перспективных исследовательских проектов в области обороны (DARPA ) занимается разработкой передовых протезов верхних конечностей, в первую очередь для ветеранов, которые потеряли двигательную функцию во время военной службы. Результат – самый продвинутый протез в мире. Он весит столько же и обладает почти такой же ловкостью, как человеческая рука, и, как естественная конечность, управляется сигналами от мозга. После небольшой практики Шойерманн смог управлять протезом так же, как он двигал бы своими собственными конечностями.
Для мобильных пациентов с ампутациями рук ученые также смогли прикрепить усовершенствованный протез непосредственно к нервам, эффективно предоставив им замену конечности. Уже сейчас исследователи находят способы использования протезных датчиков для отправки нервных импульсов обратно в мозг, позволяя пользователю чувствовать то, к чему он прикасается, а также движение объекта и даже его температуру.
Другие технологические достижения используют немедицинские, повседневные устройства, чтобы помочь в восстановлении поврежденных функций. I-Limb Ultra Revolution от разработчика протезов Touch Bionics – это универсальная роботизированная рука с четырьмя пальцами и полностью вращающимся большим пальцем, которая может выполнять различные захваты и жесты. Благодаря последнему нововведению пользователи могут управлять рукой с помощью приложения для iPhone, которое настраивает протез на один из 24 рисунков сцепления.
Имплантаты, возвращающие утраченную функцию
Не менее потрясающие достижения существуют в восстановлении зрения у людей с поврежденной сетчаткой. Используя электроды, подключенные к глазным нервам, ученые смогли симулировать зрение для некоторых пациентов. Одна система использует камеру, установленную на очках, для передачи информации на имплантаты, которые стимулируют нервы глаза, давая пользователю приблизительные значения букв. Короче говоря, слепой может читать без пальцев. Другая система использует светочувствительный имплантат сетчатки для создания линий и цветов, которые представляют объекты и движение. Хотя эти технологии не позволяют пациентам видеть таким же образом, как со здоровыми глазами, они используют взаимодействие человека с машиной, чтобы помочь пациентам восстановить то, что они потеряли.
В еще более революционных исследованиях ученые уже экспериментируют с мозговыми имплантатами, которые дополняют потерянную функцию памяти. Исследователи из баптистского медицинского центра Уэйк Форест в Северной Каролине и из университета Кентукки вживили электроды в префронтальную кору обезьян, помогая животным формировать кратковременные воспоминания. В Университете Южной Калифорнии исследовательская группа внедрила устройство в крыс, которое имитирует нейронные сигналы, чтобы восстановить потерянные воспоминания о неисправном гиппокампе, части мозга, участвующей в формировании воспоминаний. Хотя разница между мозгом крысы и человека огромна, при дальнейшем развитии эта технология может помочь пациентам, живущим с болезнью Альцгеймера и другими заболеваниями, повреждающими память.
Прогресс также достигается на микроскопическом уровне, дополняя способность организма бороться с раком. Исследователи из Института Wyss Гарвардской медицинской школы создают нано-роботов, которые ищут и убивают раковые клетки. Термин «робот» несколько неправильный, поскольку инновации не столько механические, сколько биологические.
Подражая лейкоцитам, нано-роботы сделаны из ДНК в форме раковины моллюска, закрытой замком ДНК. Когда нано-робот сталкивается с раковой клеткой, замок открывается, высвобождая антитело, которое убивает целевую клетку. Та же самая концепция могла бы использоваться для борьбы с другими болезнями, и хотя эти микроскопические роботы еще не готовы к подключению к кровотоку человека, клинические испытания уже на горизонте.
Успех бионики в медицине
Эти чудеса медицинских инноваций меняют то, как люди преодолевают болезни и травмы, но прогресс сопряжен с определенным риском. Исследователь из Университета Рединга получил маленький имплантат в руке, который может открывать двери и активирует его смартфон. Цель ученого, однако, состояла в том, чтобы показать, что высокотехнологичные имплантаты могут быть уязвимы для компьютерных вирусов. Он намеренно «заразил» имплантат своей руки вирусом, который затем был передан во внешние компьютерные системы. Целью его эксперимента было показать потенциальный риск для все более сложных имплантатов. Вирусы могут нарушить биотехнологию или другие виды программного обеспечения. Более того, хотя в мире существует всего пара человек, способных создавать нано-роботов, потенциал искусственного нано-вируса пугающий.
Частный сектор, медицинское исследовательское сообщество и правительственные инициативы создают продукты и решения, которые будут определять здравоохранение в ближайшие десятилетия, если не столетия. То, что раньше считалось фантастикой – объединение людей и технологий – уже происходит, улучшая жизнь и принося новую эру инноваций, меняющих мир. На этом пути возникнет много вопросов и проблем, но одно можно сказать наверняка – наша жизнь действительно изменится по мере развития бионики в медицине.
