Kvapo protezas be pjūvio į smegenis: kaip elektroninė nosis žada sugrąžinti uoslę žmonėms

Uoslės praradimas po virusinių infekcijų, galvos traumų ar cheminių poveikių tampa vis dažnesne problema, o veiksmingų gydymo būdų iki šiol nėra daug.

Neuromokslininkai ir inžinieriai dabar artėja prie idėjos, kuri dar prieš dešimtmetį atrodė mokslinė fantastika – kuriamas kvapo protezas, galintis veikti tarsi elektroninė nosis ir perduoti signalus į smegenis nepadarant chirurginių pjūvių.

Kas yra kvapo protezas?

Kvapo protezas – tai koncepcija, jungianti itin jautrius cheminius jutiklius, DI algoritmus ir neuromoduliacijos technologijas.

Tokios sistemos tikslas – atpažinti kvapą, jį „išversti“ į nervinius signalus ir sužadinti tas smegenų sritis, kurios sveikam žmogui aktyvuojasi užuodus tam tikrą aromatą.

Panašus principas jau naudojamas klausos ir regos protezų srityje.

Kochleariniai implantai leidžia daliai kurčiųjų girdėti, o tinklainės implantų prototipai padeda matyti labai ribotus kontūrus akliesiems.

Uoslės atveju užduotis sudėtingesnė.

Žmogus natūraliai gali atskirti tūkstančius skirtingų kvapų, o tam dirba dešimtys skirtingų receptorių tipų nosies gleivinėje.

Kaip veiktų elektroninė nosis?

Laboratorijose kuriamos elektroninės nosys jau dabar gali atpažinti tam tikrus kvapų derinius.

Ant mikroschemų integruoti jutikliai keičia savo elektrines savybes, kai ore aptinka skirtingas molekules.

Šiuos signalus analizuoja DI, mokomas atskirti, pavyzdžiui, kavos, vyno, žiedadulkių ar dūmų kvapus.

Tokios sistemos jau testuojamos pramonėje, kokybės kontrolei, aplinkos stebėsenai ar net ankstyvam ligų kvapo pėdsaku nustatymui.

Norint iš to sukurti tikrą kvapo protezą, reikėtų prijungti elektroninės nosies išvestį prie žmogaus nervų sistemos.

Tam tiriamos dvi kryptys: labai tikslūs elektriniai impulsai uoslės žievėje ir mažiau invazinė stimuliacija, pavyzdžiui, per nosies gleivinę ar trišakį nervą.

Smegenų treniravimas ir plastika

Svarbus žingsnis link kvapo protezo – geresnis smegenų plastiškumo supratimas.

Tyrimai rodo, kad net praradus uoslę smegenyse išlieka „žemėlapis“, kuriame buvo apdorojama kvapo informacija.

Šis žemėlapis gali būti iš naujo „įjungtas“ stimuliuojant atitinkamas sritis.

Kartu žmogus būtų mokomas atpažinti dirbtinai sukurtus modelius taip, kaip reabilitacijoje mokomasi iš naujo vaikščioti po insulto.

Praktikoje tai galėtų atrodyti kaip ilgesnės treniruotės, kai pacientas gauna konkrečią uoslės stimuliaciją ir tuo pačiu metu mato, girdi ar atpažįsta vaizduose tą kvapą žyminčius objektus.

Pavyzdžiui, rodomos kavos pupelės, o elektroninė sistema sužadina kavos kvapą atitinkantį nervinį modelį.

Kas toliausiai pažengę?

Skirtingos mokslininkų grupės įvairiose šalyse dirba su atskiromis kvapo protezo dalimis.

Vieni tobulina elektroninius jutiklius, kiti kuria DI sistemas, galinčias iš mažų elektrinių svyravimų atpažinti sudėtingus kvapų derinius.

Neuromokslininkai tuo metu tiria, kaip tiksliai užkoduojama kvapų informacija uoslės svogūnėlyje ir žievėje.

Nustačius aiškesnius kodavimo principus, galima būtų sudaryti „žodyną“, kaip elektroninės nosies aptikti modeliai turi virsti nerviniais impulsais.

Kol kas dauguma tokių tyrimų atliekama su gyvūnais arba kompiuteriniais modeliais.

Žmogaus smegenų stimuliacija yra jautri ir griežtai reguliuojama sritis, todėl klinikiniai bandymai bus ilgi ir atsargūs.

Nauda ne tik netekusiems uoslės

Kvapo protezo idėja galėtų pakeisti ne tik anosmija sergančių žmonių kasdienybę.

Tokia technologija galėtų tapti ir papildoma „jutimo sistema“, įspėjančia apie pavojingus kvapus, kurių žmogus pats nepajustų.

Pavyzdžiui, įspėjimas apie dujų nuotėkį, dūmus, toksiškus garus ar sugedusį maistą galėtų būti perduodamas per subtilią nervų stimuliaciją, net jei natūrali uoslė veikia silpnai.

Tai aktualu gelbėtojams, pramonės darbuotojams ar žmonėms su lėtiniais uoslės sutrikimais.

Be to, kvapo protezą kuriantys tyrimai padeda geriau suprasti, kaip smegenys apskritai koduoja sudėtingą jutiminę informaciją.

Šios žinios gali praversti kuriant pažangesnius klausos, regos ir net lytėjimo protezus.

Kada tai gali tapti realybe?

Ekspertai sutaria, kad pilnai funkcionuojančio kvapo protezo artimiausiais metais tikėtis nereikėtų.

Pirmiausia turi būti išspręsti saugumo, tikslumo ir ilgalaikio poveikio klausimai.

Tačiau jau dabar kuriami eksperimentiniai įrenginiai, kurie, derinami su uoslės treniruotėmis ir reabilitacija, gali padėti daliai pacientų.

Nors tai dar nėra tikras kvapo protezas, šios technologijos rodo, kad uoslės atkūrimas nebeatrodo neįmanomas tikslas.

Žmonių, ilgus metus gyvenančių be kvapo pojūčio, gyvenimo kokybė net ir nedaug pagerėjus būtų ženkliai didesnė.

Todėl uoslės mokslo ir technologijų pažanga tampa vis svarbesnė tiek medicinai, tiek kasdieniam gyvenimui.