У людей с нарушениями чувства равновесия мир прыгает перед глазами. Как им помочь?
Вы опаздываете на работу и мчитесь вниз по улице, со стаканчиком кофе в одной руке и свежей газетой в другой, уворачиваясь от других пешеходов, идущих выверенным шагом. Но мир не прыгает у вас перед глазами, как будто его снимали на восьмимиллиметровую камеру. Вам повезло.
Однако не все такие везучие. Орган, позволяющий вам сохраять равновесие и движением глаз компенсировать мелкие колебания вашего тела, состоит из системы колец во внутреннем ухе и называется вестибулярным аппаратом. Его работа может быть нарушена антибиотиками, стрессом, вирусами, генетическими заболеваниями и редкой болезнью под названием «синдром Меньера».
Жизнь без чувства равновесия
«Если вестибулярные ощущения нарушены и в том, и в другом ухе, каждый раз когда вы делаете шаг – мир сотрясается», - говорит Чарльз К. Делла Сантина, директор лаборатории вестибулярной нейроинженерии в университете Джона Хопкинса.
Это похоже на потерю пространственной ориентации, объясняет Делла Сантина, что-то среднее между головокружением и морской болезнью. Люди, с поврежденным вестибулярным аппаратом не могут водить машину и иногда вынуждены передвигаться при помощи палки. Сам Делла Сантина - один из редких ученых, занимающихся разработкой имплантата для восстановления функции вестибулярного аппарата.
Этот имплантат - лишь один из целого ряда протезов нового поколения, использующих огромное количество сенсоров и процессоров. Цель этой электроники в том, чтобы сделать протезы более совместимыми с человеческим телом, а значит, и более полезными.
Во внутреннем ухе человека находятся три костяные петли (так называемые полукружные каналы), расположенные перпендикулярно друг к другу. Они регистрируют движения в трех измерениях. Жидкость в каждом из каналов перетекает туда и обратно, двигая небольшие реснички на специальных клетках, которые посылают сигналы головному мозгу. Мозг обрабатывает сигналы, что позволяет вам не только держать равновесие, но и двигать глазами ровно с той скоростью (и точно в противоположном направлении), с которой движется голова. Именно поэтому мир не кажется нам дрожащим любительским видео.
Самая распространенная причина потери этой функции связана в США с побочными эффектами мощного антибиотика под названием гентамицин. Люди, использующие стрептомицин, антибиотик для борьбы с туберкулезом, также часто становятся жертвой этого недуга. Менингит и другие вирусы зачастую приводят к потере вестибулярной функции.
Как работает искусственный вестибулярный аппарат
Дети, рожденные без этой функции, хорошо умеют без нее обходиться. Но взрослым, потерявшим чувство равновесия, врачи могут помочь немногим. «Лучшее, что мы можем предложить сегодня – это тренироваться: трясти головой, не отрывая глаз от пятна на стене, - говорит Делла Сантина, также занимающийся врачебной практикой. - Но вестибуло-окулярный рефлекс – это самый быстрый рефлекс в человеческом теле. Заменить его практически невозможно».
Поскольку способов лечения не существует, довольно трудно определить количество страдающих этой болезнью. Делла Сантина полагает, что только в США насчитывается около 50 000 людей с серьезной дисфункцией и еще множество людей с менее серьезными симптомами, которые также могли бы извлечь пользу из новых методов лечения.
Делла Сантина разработал вестибулярный протез в надежде, что однажды он сможет быть вживлен в человека так же, как нынешние кохлеарные имплантаты, использующиеся для восстановления слуха. Вместо того чтобы использовать микрофон для улавливания звука, его система использует гироскоп для регистрации движения во всех трех измерениях. Данные, переведенные в электрические импульсы, будут доставляться на три вестибулярных нерва, отходящих от полукружных каналов, точно так же как кохлеарный имплантат доставляется на слуховой нерв звуковые сигналы.
[pagebreak]
От того, что каждый полукружный канал имеет свой нерв, вестибулярный имплантант может оказаться проще, чем кохлеарный, в котором множество звуковых частот доставляются через единый нерв. «У нас есть очень хорошее представление о том, какого рода сигнал стоит послать, чтобы дать человеку или животному ощущение, что он поворачивается в определенном направлении», - говорит Делла Сантина.
Его устройство было предварительно проверено на грызунах и приматах, а сейчас проходит серию углубленных тестов на обезьянах. Одновременно Делла Сантина работает над тем, чтобы уменьшить устройство до размеров кохлеарного имплантата и сделать его менее энергозатратным.
Альтернативные разработки
А вот хирург и профессор факультета отоларингологии университета штата Вашингтон Джей Рубинштейн разработал более простой вестибулярный имплантат, не использующий сенсоров. Это устройство не сможет полностью заменить вестибулярную функцию, но поможет тем, кто испытывает неожиданные приступы, выводящие из строя весь вестибулярный аппарат – например, страдающим болезнью Меньера.
Он успешно вживил свое устройство в обыкновенных макак-резусов, избежав при этом нарушения слуха или чувства равновесия, и ему удалось запустить вестибулярную систему таким образом, что глаза макак двигались, как будто они при этом вертелись. Затем ему удалось остановить это движение.
Результаты были настолько успешными, что уже этой осенью Рубинштейн собирается подать заявку на испытание этого устройства на людях.