Porból lettünk, géppé leszünk

Egy kutatócsoport agyba ültethető implantátumot fejlesztett, ami kimutathatóan javította a majmok döntéshozatali képességeit, és a demencia kezelésében is hasznosítható lehet. A cochleáris implantátumok még az erősen nagyothallók és a süketen születettek számára is lehetővé teszi, hogy halljanak, a bionikus látásjavító protézisek pedig orvosolhatják a vakságot. A gondolatvezérlésű művégtagok kísérleti modelljeit már ma is használják, néhány éven belül akár tömegcikkekké is válhatnak. Az orvosi technológiák kényelmesebbé tehetik az életünket, sőt, meg is hosszabbíthatják azt, de hátrányaik és veszélyeik is vannak

Élő szövet a fémvázon

A kiborg (kibernetikus organizmus) definíciója a hatvanas évekből származik, a kifejezést Manfred Clynes és Nathan S. Kline alkotta meg. D. S. Halacy tanulmánya, a Cyborg: Evolution of the Superman 1965-ben jelent meg; akkor még úgy hivatkoztak a kiborgra, mint az űr körülményeihez alkalmazkodni képes, mesterséges úton átalakított létformára. A kutatók célkitűzése a test megváltoztatása volt, hogy az alkalmazkodni tudjon a világűr zord körülményeihez. A kibernetika alapvetően a kölcsönhatásokkal foglalkozó tudományág, amely komplex rendszerek vizsgálatával foglalkozik. Ez a terület a test átalakítását is érinti, elvégre az emberi test is komplex rendszer – méghozzá olyan, ahol a beavatkozás következményei beláthatatlanok lehetnek.

Sokan vitatják, hogy a kezdetleges implantátumok a transzhumán lét, a kiborggá válás első lépcsőfokai lehetnének. Ugyanakkor egy pár kontaktlencse, a városi környezetben viselt sportcipő, a szilikonmellek, a műlábak és a hajbeültetés mind implantátumnak számítanak. A technikai fejlődés egyre inkább elmossa a határt az ember és az eszközök között: az egyszerűbb implantátumok és művégtagok egyre jobban kitolják a test képességeinek határait. Az olyan biokompatibilis anyagok, mint a titán vagy a műanyagok, nem keltenek természetes hatást, de bizonyított, hogy a test befogadja őket, így a felhasználásuknak nincs akadálya. Ezeknek az anyagoknak a listája pedig egyre bővül: ma már wolframot, szilíciumot, platinát, irídiumot, rozsdamentes acélt, szénszálas nanocsöveket és polikarbonátot is beépíthetnek a testbe.

Mimetikus polialoid

Az implantátumokat nem feltétlenül szükséges beépíteni a testbe: már most is léteznek olyan eszközök, amik a mozgássérülteknek is lehetővé teszik a nehéz tárgyak mozgatását. Ennek a tervezéséért egy 2004-ben alapított cég, a Cyberdyne felel - ironikus, hogy éppen így hívták a Terminátor-filmekben az emberiséget elpusztító Skynetet fejlesztő céget is. Mindennek a tetejébe a robotpáncélt Hybrid Assistive Limb, vagyis HAL néven emlegetik –  ugyanúgy, ahogy a 2001: Űrodüsszeia öntudatára ébredt mesterséges intelligenciáját. A HAL agyhullámokkal irányítható, és meglepően pontosan képes végrehajtani az utasításokat.

Az ehhez hasonló rendszerek szélesebb körű elterjedése még a jövő zenéje, de a kibernetikus művégtagok és implantátumok fejlesztése nem új keletű. Az Ilimb nevű műkart például öt éve készítették, és bevezető áron 8500 dollárért kínálták. Az ehhez szükséges jeltovábbító egységeket a páciens mellkasára szerelték, ahonnan továbbíthatja a parancsokat a mesterséges idegeknek.

Az Ilimb egyelőre nem tökéletes, a tapintás finomságaival például nem képes megbirkózni. Szenzorális érzékelés hiányában a páciens művégtagja ugyan nem érez fájdalmat, de ennek hiányában a finom mozdulatok elvégzése, például egy pezsgőspohár felemelése is nehézségekbe ütközhet. Ettől függetlenül ez a probléma nem áthidalhatatlan: egy cég évekkel ezelőtt olyan műkart készített, ami a bőrfelület érzőidegeinek működését és a tapintás erősségét is képes érzékeltetni a felhasználóval. Ezek a kísérletek előrehaladott kutatások eredményei, és nem úgy tűnik, hogy az ezzel foglalkozó szakemberek lelkesedése lanyhulna.

Mindent látok

A fent említett eszközöket egyelőre külső protézisként használhatják a páciensek, tehát eltávolíthatók, mivel nem szükséges őket beépíteni a testbe. A neuroimplantátumokat – vagy ahogy gyakran nevezik őket: az agyi implantátumokat – ezzel szemben a fejbe kell építeni; ezeket vagy az agy felszínére helyezik, vagy az agykéregbe csatlakoztatják őket. Ilyenek például a bionikus retinaimplantátumok vagy a hallásjavító implantátumok; ezek az idegpályák megkerülésével továbbítják a hangot a hallóközpontba.

A neuroimplantátumok többnyire a diszfunkcionális agyterületek megkerülésére szolgálnak; szélütést vagy súlyos fejsérülést szenvedett pácienseknél így lehet kiküszöbölni az érzékelési zavarokat. Más implantátumokat állatkísérletekhez használnak, hogy megfigyeljék az agyi aktivitást; ezt az eljárást elsősorban gyógyszerkísérletek során alkalmazzák. A szenzorális érzékelés javítására irányuló kísérletek az utóbbi években lelassultak, de a látásjavító implantátumok terén érezhető az előrelépés; ez annak is köszönhető, hogy egyre jobban értjük az agyi képalkotás és a látás mechanizmusát.

Noha egyes eljárásokat, például a mély agyi stimulációt (deep brain stimulation, DBS) már rutinszerűen használják egyes betegségek, például a Parkinson-kór kezelésére, az idegrendszerre ható implantátumok bizonyítottan okozhatnak mellékhatásokat. Több páciensnél is észleltek kognitív zavarokat, depressziót, hirtelen kialakult játékszenvedélyt, hiperszexualitást, vagy éppen apátiát. Ezek a viselkedési zavarok többnyire csak átmenetiek; a kutatók úgy vélik, ezek elmúlnak, ha a szervezet alkalmazkodik a beültetett implantátumhoz, és a stimulátorok megfelelő elhelyezésével valószínűleg visszafordítható a személyiségtorzulás is.

Az implantátumok a jelenleg gyógyíthatatlannak tartott betegségek kezelésére is alkalmasak lehetnek. Az IMEC menedzsere, Wolfgang Eberle az Electronics Weeklynek azt nyilatkozta, hogy egy évtizeden belül számíthatunk ezeknek az elterjedésére. Az új implantátumok a sérült agyterületek működését is felülírhatják, és kiiktathatják az agydaganatok káros hatását is. Eberle elmondta, hogy már jelenlegi is számos eszközt használnak, amik képesek kommunikálni az aggyal; a fentebb említett DBS például a Parkinson-kór, a depresszió, az OCD tüneti kezelésére is használható. Ez a hatás implantátumokkal is elérhető: az IMEC már készített olyan apró, tíz nanométeres elektródákat, amik kis idegsejtcsoportokat stimulálhatnak.

Töltsd újra

Az implantátumok energiaellátásával foglalkozó kutatások eredményei szerencsére ígéretesek. Az energiaforrás már a pacemakereknél is problémát okozott, mivel az ezekhez használt lítium-ion elemeket csak sebészeti úton lehet beépíteni, illetve újratölteni, a második beavatkozás azonban fertőzésveszéllyel jár. A legújabb kutatások során alternatív energiaforrásokkal kísérleteztek; ezek közül a piezoelektromosság használata tűnik a leghatékonyabbnak. Az új eszköz a kinetikus energiát hasznosítja, tehát mozgással tölthető: hasonló elven működik, mint a klubokban látható fénylő csempék, amelyeket a táncolók kinetikus energiája tölt fel, és ennek hatására világít.

A pacemakerekben használt technológia ennél persze jóval fejlettebb. Az eszköz működtetéséhez szükséges energiát a szívverés biztosítja: az energiamegmaradás elméletét gyakorlatba ültető piezoelektromos pacemakerek viszonylag kis energiát felhasználva szabályozzák a szív ritmusát. Ezeknek a bevezetése évekig is eltarthat, de a kutatási eredmények ígéretesek – legalábbis erről tanúskodik Amin Karami és Daniel J. Inman, a Michigan Egyetem kutatóinak tanulmánya, amelyben a technológia működését ismertetik.

A neuroimplantátumok működtetéséhez a kinetikus energia nem használható, az agy glükóztartalma viszont igen. Az MIT kutatócsoportja készített egy olyan, cukorral működő üzemanyagcellát, ami biztosíthatná az implantátumok energiaellátását. A prototípus egyelőre csak egy mikrowattot képes leadni, de a kutatók szerint a kisebb implantátumok működtetéséhez ez is elég. Maga az ötlet nem mondható radikálisan újnak: a hetvenes években a pacemakereknél is próbálták alkalmazni a technológiát, de végül inkább a lítium-ion akkumulátorok mellett döntöttek. A szilícium csipre telepített üzemanyagcellát jelenleg is használják a félvezetős elektronikát használó rendszerekben, csak éppen biológiai komponensek nélkül.

Hogy hozzáférhess, fel kell törnöd

Az implantátumokat több millióan használják világszerte, és egyes becslések szerint évente körülbelül 300 ezerrel nő a számuk; ennyien élnek együtt agystimulátorokkal, pacemakerekkel, szívbe épített defibrillátorokkal. Ezek az eszközök többnyire vezeték nélküli technológiát használnak, így az orvosok könnyebben vizsgálhatják a páciensek életfunkcióit és állapotát, és könnyebben állapíthatják meg, hogy a betegnek milyen életviteli változásokra van szüksége. A közelmúltban elvégzett kutatások szerint azonban ezek az eszközök érzékenyek a külső támadásokra: a legrosszabb esetben egy hekker végezhet is egy beteggel, ha megpiszkálja az implantátummal szabályozott gyógyszeradagolást, vagy halálra sokkolja a pacemakere manipulálásával.

A McAfee kutatója, Barnaby Jack szerint a vezeték nélküli kapcsolat az, ami sebezhetővé teszi az implantátummal élőket; ezeket 91 méteres távolságról is manipulálhatják, így a támadók akár halálos dózisú inzulint is fecskendeztethetnek a páciens szervezetébe. A szívbe épített defibrillátorok működését vizsgáló Kevin Fu, a Massachusetts Amherst Egyetem professzora elmondta, hogy az eszközök működését rádiójel szabályozza, de az élettartamuk elnyújtása érdekében nem fordítanak energiát arra, hogy titkosító mechanizmussal szereljék föl őket. Emiatt azonban védtelenek maradnak a külső támadásokkal szemben.

Az MIT kutatói kifejlesztettek egy olyan eszközt, amivel ezek a támadások megelőzhetők lennének. A transzmitter modul meggátolná az azonosítatlan jelek továbbítását, így az implantátum működését semmilyen jel sem befolyásolhatná, ami nem az eszköz saját frekvenciáját használja. Ez az eljárás biztosítaná, hogy csak az azonosítással rendelkező személyek, például az orvosok férhessenek hozzá az implantátumokhoz. Az új technológia legnagyobb előnye az lenne, hogy külön kezelné a titkosítási és azonosítási eljárást, így nem az implantátum energiaforrását használná, hanem a sajátját, ráadásul a már meglévő implantátumokat sem kellene lecserélni –elég lenne azok mellett használni.