В отличие от устройств, воздействующих на сетчатку, зрительные кортикальные протезы доставляют электрические импульсы в мозг в обход поврежденных глаз и зрительных нервов. Такой подход открывает возможности для восстановления зрения людям, ослепшим в результате травм головы, инсультов или нейродегенеративных заболеваний, при условии сохранения активности зрительной коры. Потенциально эта технология способна помочь пациентам, которые потеряли возможность видеть уже в зрелом возрасте.

Ученые провели эксперимент в Испании с участием 27-летнего мужчины, лишившегося зрения из-за черепно-мозговой травмы. В его зрительную кору на полгода вживили 96-канальную матрицу электродов, которая при подаче тока вызывала появление фосфенов — световых пятен или простых форм, которые могут восприниматься как вспышки, звезды или огоньки.

Чтобы точнее управлять этим восприятием, исследователи обучили нейросеть предсказывать реакцию мозга на разные комбинации электрических стимулов. При этом модель учитывала не только параметры стимуляции, но и активность мозга непосредственно перед экспериментом. Затем ИИ подбирал такие схемы воздействия, которые с наибольшей вероятностью должны были вызвать нужный паттерн активности нейронов.

Испытания показали, что схемы, разработанные ИИ, точнее воспроизводили заданную активность мозга и требовали меньшего электрического тока, чем другие методы. Кроме того, данные о фактической активности нейронов лучше предсказывали то, что видел участник, чем одни только параметры стимуляции. В некоторых экспериментах он также описывал форму, размер, яркость и цвет воспринимаемых фосфенов.

Ученые объясняют, что мозг не воспринимает сигналы электродов как простые пиксели на экране. Нейронный отклик постоянно меняется, соседние электроды влияют друг на друга, а один и тот же импульс вызывает разные зрительные образы в зависимости от текущего состояния мозга. Чтобы решить эту проблему, использованный в эксперименте имплантат работал в двух режимах: он одновременно стимулировал нейроны и регистрировал их активность. Это позволило ИИ-модели подстраивать параметры воздействия с опорой на обратную связь от мозга участника.

Такой подход может стать основой для более надежных зрительных протезов, которые будут адаптироваться к мозгу конкретного человека. Вместо фиксированной схемы стимуляции устройство будет анализировать реакцию нейронов и менять параметры воздействия в реальном времени. При этом исследователям еще предстоит понять, как именно паттерны активности мозга превращаются в осмысленное зрительное восприятие и насколько хорошо такой подход будет работать в полноценных протезах.