Rodzi się homo electronicus
W pracowniach neurobiologów testowane są pierwsze roboty sterowane przez niepełnosprawnych myślą. Pentagon pracuje nad samolotami reagującymi na... mentalne polecenia pilota, informatycy zamierzają podłączyć bezpośrednio do mózgu człowieka komputer i Internet. To nie jest science fiction.
Mike Penketh prowadzi samochód, a nawet zasiada w powietrzu za sterami samolotu, mimo że przed kilkoma laty stracił obie ręce podczas nieudanej próby bicia rekordu prędkości wyścigowym bolidem. Amerykanin od kilku tygodni posługuje się protezami sterowanymi falami mózgowymi. Prof. Kevin Warwick z University of Reading w Wielkiej Brytanii wszczepił w swoje lewe ramię mikroprocesor ze stu elektrodami połączonymi z komputerem. Pierwszy cyborg, jak nazywa siebie brytyjski naukowiec, podczas trwającego trzy miesiące eksperymentu dzięki sygnałom nerwowym wysyłanym przez jego mózg za pośrednictwem komputera sterował wózkiem inwalidzkim, ramieniem robota, włączał i gasił w mieszkaniu światła.
Z mózgu do komputera, inteligentne kończyny
Pierwsza wzmianka o sztucznej nodze pojawiła się już w 500 r. p.n.e. Herodot opisywał więźnia, który wymknął się z niewoli, odcinając skutą łańcuchem nogę, a później poruszał się na przymocowanej do kikuta drewnianej protezie. Najstarszą ze znanych protez nóg - miedziano-drewnianą z 300 r. p.n.e. - znaleźli archeolodzy na wyspie Capri w 1858 r. Współcześnie rutynowo wszczepia się metalowe endoprotezy stawu biodrowego i kolanowego. W Polsce co roku wykonuje się kilkanaście tysięcy takich zabiegów. Ortopedzi Szpitala Klinicznego im. prof. Adama Grucy w Otwocku pod Warszawą przeprowadzili niedawno pierwszą w naszym kraju operację wszczepienia sztucznego stawu łokciowego (jest to tzw. endoproteza totalna, imitująca naturalne ruchy w łokciu w trzech płaszczyznach).
Endoprotezy nowej generacji umożliwiają uprawianie sportów, a nawet mogą "rosnąć" wraz z rozwojem fizycznym organizmu. Przed kilkoma miesiącami pierwszy rosnący implant sterowany falami elektromagnetycznymi brytyjscy ortopedzi wszczepili trzynastoletniej Kate Reid. Dziewczynka nie mogła samodzielnie nawet wstać z łóżka, gdy chirurdzy usunęli jej dużą część zaatakowanej przez nowotwór kości udowej. Teraz swobodnie porusza się dzięki endoprotezie wydłużanej zdalnie co kilka miesięcy. Dla osób po amputacjach kończyn dolnych wytwarzane są również tzw. inteligentne protezy, takie jak Intelligent Prosthesis Plus lub C-leg, naśladujące ruchy zdrowej nogi.
Dwóch ochotników współpracujących z dr. Jose Millanem z Dalle Molle Institute for Perceptual Artificial Intelligence w Szwajcarii opanowało umiejętność sterowania myślą niewielkim robotem poruszającym się w labiryncie (to krok na drodze do stworzenia sterowanego myślą wózka inwalidzkiego). Do ich głów przypięto sieć czujników kontrolujących aktywność mózgu. Z kolei uczeni z uniwersytetu w Gratzu opracowali metodę sterowania myślą ruchami metalowej protezy obudowanej wokół ręki osoby cierpiącej na porażenie czterokończynowe. Pierwszy tak sparaliżowany pacjent po pięciu miesiącach treningu podniósł i zjadł jabłko.
Bioniczne protezy mogą być sterowane myślą za pośrednictwem nerwów z kikuta przeszczepionych do innych części ciała, na przykład mięśni piersiowych. Taką sztuczną kończynę uczeni z Rehabilitation Institute of Chicago zastosowali u Jesse'ego Sullivana, który przed dwoma laty stracił dwie ręce aż do ramion, gdy dotknął przewodu wysokiego napięcia. Dziś 56-letni mężczyzna znów może przenosić przedmioty i wykonywać prace domowe. Kiedy myśli na przykład o zamknięciu dłoni, na jego piersi napina się grupa mięśni, a czujniki umieszczone na klatce piersiowej przekazują informację do sztucznej dłoni. Pacjenci prof. Nielsa Birbaumera z uniwersytetu w Tybindze, cierpiący na tzw. stwardnienie zanikowe boczne (tą chorobą dotknięty jest m.in. Stephen Hawking), za pośrednictwem takich elektrod mogą przesyłać informacje tekstowe bezpośrednio z mózgu do komputera.
Głusi słyszą
Pierwszą protezę słuchu przypadkowo wymyślił Alessandro Volta, XVIII-wieczny wynalazca baterii elektrycznej (na którego cześć nazwano jednostkę napięcia elektrycznego). Włoski fizyk wprowadził do uszu dwa połączone z baterią pręty i ku swojemu zdumieniu usłyszał dźwięk, który opisał jako trzeszczenie i bulgotanie gotującej się wody. Dziś oprócz aparatów słuchowych lekarze wszcze-piają urządzenia zastępujące ucho środkowe (tego rodzaju implant przekazuje wzmocniony dźwięk bezpośrednio do przetwornika wprawiającego w wibrację kowadełko, jedną z kosteczek słuchowych).
Prawie 900 osób w Polsce poddało się zabiegowi wszczepienia tak zwanych implantów ślimakowych, przywracających słuch ludziom, którzy mają sprawny jedynie nerw słuchowy. Tego rodzaju urządzenia nowej generacji (implanty pniowe) od niedawna wszczepiane są bezpośrednio do tzw. jąder ślimakowych w okolicach pnia mózgu osobom, które nie mają sprawnego nawet nerwu słuchowego. - Wykonaliśmy dotychczas trzy takie zabiegi. Jedna osoba nadal ma duże trudności z mówieniem ze względu na porażenie innych nerwów czaszkowych, ale dwie pozostałe swobodnie rozumieją mowę i mogą nawet rozmawiać przez telefon - mówi prof. Henryk Skarżyński z Międzynarodowego Centrum Słuchu i Mowy w Kajetanach pod Warszawą. Jedną z jego pacjentek jest tłumaczka Sylwia Królikowska, która po zabiegu zdołała się nauczyć włoskiego, języka, z którym przed operacją nie miała żadnego kontaktu.
Przywracające słuch implanty pniowe od niedawna wszczepiane są również bezpośrednio do pnia mózgu. Pierwszy taki zabieg uczeni z House Ear Institute w Los Angeles przeprowadzili u dwóch kobiet, które całkowicie straciły słuch jako dorosłe osoby.
Kamera zamiast oka
Pierwsze sztuczne oczy - ze złota, srebra, porcelany i szkła - wykonał w XVI wieku francuski chirurg Ambrose Paré (1510-1590). William Dobelle z Dobelle Institute w Nowym Jorku opracował ostatnio sztuczne oko (o nazwie Dobelle Eye) zbudowane z kamery i podłączonych bezpośrednio do mózgu elektrod przekazujących sygnały do kory wzrokowej. Amerykanin wszczepił taką protezę oka Jensowi Naumannowi, który stracił wzrok 20 lat temu, kiedy odłamki pękniętego silnika skutera śnieżnego zniszczyły jego gałki oczne. Kanadyjczyk kilka miesięcy po operacji potrafi już zlokalizować otaczające go przedmioty, a nawet prowadzić samochód i zaparkować go między dwoma innymi autami! "Początkowo postrzegałem jedynie jaśniejsze i ciemniejsze plamy. Po kilku tygodniach ćwiczeń mój mózg potrafił już interpretować postrzegane kamerą obrazy, dzięki czemu mogę rozróżniać kształty poszczególnych obiektów" - twierdzi Naumann.
Do przywrócenia niewidomym wzroku próbuje się wykorzystać sztuczne siatkówki oka. Przed dwoma laty dr Alan Chow, oftalmolog z Chicago, wszczepił sześciu niewidomym pierwsze implanty tego rodzaju podłączane do nerwów wzrokowych. 21 miesięcy po zabiegu jeden z nich zobaczył niewyraźnie twarz żony, drugi potrafi rozróżniać litery, pozostali byli w stanie zarejestrować światło. Uczeni pracują również nad sztuczną siatkówką nowej generacji, która stymuluje komórki nerwowe nie impulsami elektrycznymi, lecz neuroprzekaźnikami (substancjami chemicznymi przekazującymi sygnały nerwowe). "Substancje te są tak wydajne, że ich zapas umieszczony w implancie mógłby starczyć na 50 lat" - twierdzą dr Harvey Fishman i dr Stacey Bent z Uniwersytetu Stanforda.
Protezy (prawie) wszystkiego
Pierwszą sztuczną nerkę Willem Kolff skonstruował z pudła po kiełbasie i pompy wodnej z silnika Forda w okupowanej przez nazistów Holandii. Jeszcze niedawno takie urządzenie do dializy krwi (pierwszy raz zastosowane u chorego w 1943 r.) miało rozmiary szafy, teraz mieści się w podręcznej walizce. Sztuczne serce AbioCor od trzech lat wszczepiane jest do klatki piersiowej chorego (jeden z chorych przeżył z takim aparatem aż 17 miesięcy). - To jedyny ratunek dla tysięcy ludzi z dużą niewydolnością serca, którym nie można przeszczepić serca od dawcy - mówi prof. Zbigniew Religa z Instytutu Kardiologii w Warszawie (w pełni implantowane sztuczne serce jest opracowywane również w Centrum Sztucznych Narządów w Zabrzu).
Pod koniec zeszłego roku naukowcy ze szpitala Karolinska w Sztokholmie pierwszy raz podali pacjentom sztuczną krew. Jest przechowywana w postaci proszku i może być aplikowana chorym niezależnie od ich grupy krwi. Eksperymenty na ludziach wykazały, że krew w proszku lepiej transportuje tlen niż krew naturalna. Wkrótce będzie używane pierwsze sztuczne płuco (stosowane dziś respiratory jedynie wspomagają oddychanie). Dr Brack Hattler z University of Pittsburgh skonstruował aparat wprowadzany żyłą w nodze do żyły odprowadzającej krew z płuc do serca. Z przepływającej krwi wychwytuje on dwutlenek węgla i nasyca krew tlenem.
Od kilku lat dostępna jest sztuczna krtań, najczęściej zastępująca organ zaatakowany chorobą nowotworową. To zasilane baterią urządzenie mocowane jest przy gardle - wywołując wibracje, umożliwia choremu artykułowanie słów. W Pracowni Chirurgii Doświadczalnej Szpitala Specjalistycznego im. M. Kopernika w Łodzi powstała sztuczna trzustka w formie polimerowej makrokapsułki zawierającej komórki produkujące insulinę. Urządzenie przechodzi testy kliniczne - pacjentom będzie wszczepiane prawdopodobnie w 2006 r.
"W przyszłości będzie można wszczepiać ludziom protezy niektórych fragmentów mózgu" - twierdzi Theodore Berger z University of Southern California z Los Angeles. Uczony skonstruował pierwszy prototyp sztucznego hipokampu. Ma nadzieję, że taka proteza umożliwi przywracanie pamięci cierpiącym na chorobę Alzheimera (często tracą oni pamięć krótkotrwałą na skutek uszkodzenia hipokampu). "Jeśli eksperymenty na szczurach i małpach potwierdzą, że jest to możliwe, za jakiś czas będzie można wpływać na funkcjonowanie całego ludzkiego mózgu" - uważa prof. Berger. Rodzi się homo electronicus.
Mike Penketh prowadzi samochód, a nawet zasiada w powietrzu za sterami samolotu, mimo że przed kilkoma laty stracił obie ręce podczas nieudanej próby bicia rekordu prędkości wyścigowym bolidem. Amerykanin od kilku tygodni posługuje się protezami sterowanymi falami mózgowymi. Prof. Kevin Warwick z University of Reading w Wielkiej Brytanii wszczepił w swoje lewe ramię mikroprocesor ze stu elektrodami połączonymi z komputerem. Pierwszy cyborg, jak nazywa siebie brytyjski naukowiec, podczas trwającego trzy miesiące eksperymentu dzięki sygnałom nerwowym wysyłanym przez jego mózg za pośrednictwem komputera sterował wózkiem inwalidzkim, ramieniem robota, włączał i gasił w mieszkaniu światła.
Z mózgu do komputera, inteligentne kończyny
Pierwsza wzmianka o sztucznej nodze pojawiła się już w 500 r. p.n.e. Herodot opisywał więźnia, który wymknął się z niewoli, odcinając skutą łańcuchem nogę, a później poruszał się na przymocowanej do kikuta drewnianej protezie. Najstarszą ze znanych protez nóg - miedziano-drewnianą z 300 r. p.n.e. - znaleźli archeolodzy na wyspie Capri w 1858 r. Współcześnie rutynowo wszczepia się metalowe endoprotezy stawu biodrowego i kolanowego. W Polsce co roku wykonuje się kilkanaście tysięcy takich zabiegów. Ortopedzi Szpitala Klinicznego im. prof. Adama Grucy w Otwocku pod Warszawą przeprowadzili niedawno pierwszą w naszym kraju operację wszczepienia sztucznego stawu łokciowego (jest to tzw. endoproteza totalna, imitująca naturalne ruchy w łokciu w trzech płaszczyznach).
Endoprotezy nowej generacji umożliwiają uprawianie sportów, a nawet mogą "rosnąć" wraz z rozwojem fizycznym organizmu. Przed kilkoma miesiącami pierwszy rosnący implant sterowany falami elektromagnetycznymi brytyjscy ortopedzi wszczepili trzynastoletniej Kate Reid. Dziewczynka nie mogła samodzielnie nawet wstać z łóżka, gdy chirurdzy usunęli jej dużą część zaatakowanej przez nowotwór kości udowej. Teraz swobodnie porusza się dzięki endoprotezie wydłużanej zdalnie co kilka miesięcy. Dla osób po amputacjach kończyn dolnych wytwarzane są również tzw. inteligentne protezy, takie jak Intelligent Prosthesis Plus lub C-leg, naśladujące ruchy zdrowej nogi.
Dwóch ochotników współpracujących z dr. Jose Millanem z Dalle Molle Institute for Perceptual Artificial Intelligence w Szwajcarii opanowało umiejętność sterowania myślą niewielkim robotem poruszającym się w labiryncie (to krok na drodze do stworzenia sterowanego myślą wózka inwalidzkiego). Do ich głów przypięto sieć czujników kontrolujących aktywność mózgu. Z kolei uczeni z uniwersytetu w Gratzu opracowali metodę sterowania myślą ruchami metalowej protezy obudowanej wokół ręki osoby cierpiącej na porażenie czterokończynowe. Pierwszy tak sparaliżowany pacjent po pięciu miesiącach treningu podniósł i zjadł jabłko.
Bioniczne protezy mogą być sterowane myślą za pośrednictwem nerwów z kikuta przeszczepionych do innych części ciała, na przykład mięśni piersiowych. Taką sztuczną kończynę uczeni z Rehabilitation Institute of Chicago zastosowali u Jesse'ego Sullivana, który przed dwoma laty stracił dwie ręce aż do ramion, gdy dotknął przewodu wysokiego napięcia. Dziś 56-letni mężczyzna znów może przenosić przedmioty i wykonywać prace domowe. Kiedy myśli na przykład o zamknięciu dłoni, na jego piersi napina się grupa mięśni, a czujniki umieszczone na klatce piersiowej przekazują informację do sztucznej dłoni. Pacjenci prof. Nielsa Birbaumera z uniwersytetu w Tybindze, cierpiący na tzw. stwardnienie zanikowe boczne (tą chorobą dotknięty jest m.in. Stephen Hawking), za pośrednictwem takich elektrod mogą przesyłać informacje tekstowe bezpośrednio z mózgu do komputera.
Głusi słyszą
Pierwszą protezę słuchu przypadkowo wymyślił Alessandro Volta, XVIII-wieczny wynalazca baterii elektrycznej (na którego cześć nazwano jednostkę napięcia elektrycznego). Włoski fizyk wprowadził do uszu dwa połączone z baterią pręty i ku swojemu zdumieniu usłyszał dźwięk, który opisał jako trzeszczenie i bulgotanie gotującej się wody. Dziś oprócz aparatów słuchowych lekarze wszcze-piają urządzenia zastępujące ucho środkowe (tego rodzaju implant przekazuje wzmocniony dźwięk bezpośrednio do przetwornika wprawiającego w wibrację kowadełko, jedną z kosteczek słuchowych).
Prawie 900 osób w Polsce poddało się zabiegowi wszczepienia tak zwanych implantów ślimakowych, przywracających słuch ludziom, którzy mają sprawny jedynie nerw słuchowy. Tego rodzaju urządzenia nowej generacji (implanty pniowe) od niedawna wszczepiane są bezpośrednio do tzw. jąder ślimakowych w okolicach pnia mózgu osobom, które nie mają sprawnego nawet nerwu słuchowego. - Wykonaliśmy dotychczas trzy takie zabiegi. Jedna osoba nadal ma duże trudności z mówieniem ze względu na porażenie innych nerwów czaszkowych, ale dwie pozostałe swobodnie rozumieją mowę i mogą nawet rozmawiać przez telefon - mówi prof. Henryk Skarżyński z Międzynarodowego Centrum Słuchu i Mowy w Kajetanach pod Warszawą. Jedną z jego pacjentek jest tłumaczka Sylwia Królikowska, która po zabiegu zdołała się nauczyć włoskiego, języka, z którym przed operacją nie miała żadnego kontaktu.
Przywracające słuch implanty pniowe od niedawna wszczepiane są również bezpośrednio do pnia mózgu. Pierwszy taki zabieg uczeni z House Ear Institute w Los Angeles przeprowadzili u dwóch kobiet, które całkowicie straciły słuch jako dorosłe osoby.
Kamera zamiast oka
Pierwsze sztuczne oczy - ze złota, srebra, porcelany i szkła - wykonał w XVI wieku francuski chirurg Ambrose Paré (1510-1590). William Dobelle z Dobelle Institute w Nowym Jorku opracował ostatnio sztuczne oko (o nazwie Dobelle Eye) zbudowane z kamery i podłączonych bezpośrednio do mózgu elektrod przekazujących sygnały do kory wzrokowej. Amerykanin wszczepił taką protezę oka Jensowi Naumannowi, który stracił wzrok 20 lat temu, kiedy odłamki pękniętego silnika skutera śnieżnego zniszczyły jego gałki oczne. Kanadyjczyk kilka miesięcy po operacji potrafi już zlokalizować otaczające go przedmioty, a nawet prowadzić samochód i zaparkować go między dwoma innymi autami! "Początkowo postrzegałem jedynie jaśniejsze i ciemniejsze plamy. Po kilku tygodniach ćwiczeń mój mózg potrafił już interpretować postrzegane kamerą obrazy, dzięki czemu mogę rozróżniać kształty poszczególnych obiektów" - twierdzi Naumann.
Do przywrócenia niewidomym wzroku próbuje się wykorzystać sztuczne siatkówki oka. Przed dwoma laty dr Alan Chow, oftalmolog z Chicago, wszczepił sześciu niewidomym pierwsze implanty tego rodzaju podłączane do nerwów wzrokowych. 21 miesięcy po zabiegu jeden z nich zobaczył niewyraźnie twarz żony, drugi potrafi rozróżniać litery, pozostali byli w stanie zarejestrować światło. Uczeni pracują również nad sztuczną siatkówką nowej generacji, która stymuluje komórki nerwowe nie impulsami elektrycznymi, lecz neuroprzekaźnikami (substancjami chemicznymi przekazującymi sygnały nerwowe). "Substancje te są tak wydajne, że ich zapas umieszczony w implancie mógłby starczyć na 50 lat" - twierdzą dr Harvey Fishman i dr Stacey Bent z Uniwersytetu Stanforda.
Protezy (prawie) wszystkiego
Pierwszą sztuczną nerkę Willem Kolff skonstruował z pudła po kiełbasie i pompy wodnej z silnika Forda w okupowanej przez nazistów Holandii. Jeszcze niedawno takie urządzenie do dializy krwi (pierwszy raz zastosowane u chorego w 1943 r.) miało rozmiary szafy, teraz mieści się w podręcznej walizce. Sztuczne serce AbioCor od trzech lat wszczepiane jest do klatki piersiowej chorego (jeden z chorych przeżył z takim aparatem aż 17 miesięcy). - To jedyny ratunek dla tysięcy ludzi z dużą niewydolnością serca, którym nie można przeszczepić serca od dawcy - mówi prof. Zbigniew Religa z Instytutu Kardiologii w Warszawie (w pełni implantowane sztuczne serce jest opracowywane również w Centrum Sztucznych Narządów w Zabrzu).
Pod koniec zeszłego roku naukowcy ze szpitala Karolinska w Sztokholmie pierwszy raz podali pacjentom sztuczną krew. Jest przechowywana w postaci proszku i może być aplikowana chorym niezależnie od ich grupy krwi. Eksperymenty na ludziach wykazały, że krew w proszku lepiej transportuje tlen niż krew naturalna. Wkrótce będzie używane pierwsze sztuczne płuco (stosowane dziś respiratory jedynie wspomagają oddychanie). Dr Brack Hattler z University of Pittsburgh skonstruował aparat wprowadzany żyłą w nodze do żyły odprowadzającej krew z płuc do serca. Z przepływającej krwi wychwytuje on dwutlenek węgla i nasyca krew tlenem.
Od kilku lat dostępna jest sztuczna krtań, najczęściej zastępująca organ zaatakowany chorobą nowotworową. To zasilane baterią urządzenie mocowane jest przy gardle - wywołując wibracje, umożliwia choremu artykułowanie słów. W Pracowni Chirurgii Doświadczalnej Szpitala Specjalistycznego im. M. Kopernika w Łodzi powstała sztuczna trzustka w formie polimerowej makrokapsułki zawierającej komórki produkujące insulinę. Urządzenie przechodzi testy kliniczne - pacjentom będzie wszczepiane prawdopodobnie w 2006 r.
"W przyszłości będzie można wszczepiać ludziom protezy niektórych fragmentów mózgu" - twierdzi Theodore Berger z University of Southern California z Los Angeles. Uczony skonstruował pierwszy prototyp sztucznego hipokampu. Ma nadzieję, że taka proteza umożliwi przywracanie pamięci cierpiącym na chorobę Alzheimera (często tracą oni pamięć krótkotrwałą na skutek uszkodzenia hipokampu). "Jeśli eksperymenty na szczurach i małpach potwierdzą, że jest to możliwe, za jakiś czas będzie można wpływać na funkcjonowanie całego ludzkiego mózgu" - uważa prof. Berger. Rodzi się homo electronicus.
Więcej możesz przeczytać w 7/2004 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.
