För att studera hjärnan lägger en läkare sig själv under kniven

Phil Kennedy såg inte längre något annat sätt att få uppgifterna. Det var så han en dag kom att ligga lyckligt medvetslös på ett operationsbord i Belize medan en neurokirurg sågade av toppen av hans skalle.

Förra året gjorde Kennedy, en 67-årig neurolog och uppfinnare, något oöverträffat i annalerna om självexperiment. Han betalade en kirurg i Centralamerika $25 000 för att implantera elektroder i hans hjärna för att upprätta en koppling mellan hans motoriska cortex och en dator.

Tillsammans med en liten grupp pionjärer hade Kennedy i slutet av 1980-talet utvecklat invasiva gränssnitt mellan människans hjärna och dator – bokstavligen ledningar inuti hjärnan kopplade till en dator, och han är allmänt känd som den första att låta en svårt förlamad inlåst patient flytta en datormarkör med hjälp av hennes hjärna. Cyborgernas fader, kallade en tidning honom.

Kennedys vetenskapliga mål har varit att bygga en talkodare - programvara som kan översätta neuronala signaler som produceras av föreställt tal till ord som kommer ut ur en talsyntes. Men det här arbetet, utfört av hans lilla Georgia-företag Neural Signals, hade avstannat, säger Kennedy. Han kunde inte längre hitta forskningsämnen, hade lite finansiering och hade förlorat stödet från U.S. Food and Drug Administration.

Det var därför han i juni 2014 fann sig sitta på ett avlägset sjukhus och betrakta bilden av sin egen rakade hårbotten i en spegel. Hela den här forskningssatsningen på 29 år hittills skulle dö om jag inte gjorde något, säger han. Jag ville inte att den skulle dö på vinstocken. Det var därför jag tog risken.

I höstas presenterade Kennedy studier av sin egen hjärna på Society for Neuroscience i Chicago, där hans agerande väckte både vördnad och oro bland kollegor. Genom att ordna operation på en frisk person – till och med sig själv, även i vetenskapens namn – hade han sannolikt brutit mot sin läkares ed. Jag är glad att han mår bra nu, säger Eddie Chang, en neurokirurg vid University of California, San Francisco, vars senaste arbete med att kartlägga områdena i den motoriska cortex som styr tal hjälpte till att vägleda Kennedys beräkningar. Jag hoppas att han får några värdefulla, värdefulla uppgifter.

FDA problem

Kennedy, som föddes i Irland, säger att hans självexperiment drevs av frustration och av vetenskapliga frågor. Han var så fascinerad av hjärnan som ung läkare att han återvände till skolan för att ta en doktorsexamen. inom neurovetenskap. Medan han drev ett labb vid Georgia Institute of Technology på 1980-talet utvecklade och patenterade han en innovativ typ av elektrod som består av ett par guldtrådar inkapslade i en liten glaskon. Fylld med en egenutvecklad blandning av tillväxtfaktorer, fick elektroden närliggande neuroner att växa in i enheten.

Phil Kennedy

1996, efter tester på djur, gick FDA med på att tillåta Kennedy att implantera sina elektroder i inlåsta patienter med förlamning så allvarlig att de inte längre kunde tala eller röra sig. Hans första volontär var en specialpedagog och tvåbarnsmamma vid namn Marjory, eller MH, som gick med på att genomgå proceduren i slutet av sitt liv. Marjory hade ALS men visade att hon kunde slå på och av en strömbrytare bara genom att tänka. Men hon var så sjuk att hon dog bara 76 dagar senare. Därefter, 1998, kom Johnny Ray, en 53-årig Vietnamveteran och gipsmursentreprenör som vaknade ur koma med sinnet helt intakt men oförmöget att röra på något förutom ögonlocken.

Kennedy övervakade personligen implantationen av elektroderna i minst fem ämnen, och hans team började visa att om det spelades in från bara några få neuroner, kunde patienter flytta en markör på en datorskärm och kommunicera genom att välja ord eller bokstäver från en meny.

År 2004 hade Kennedy implanterat sina elektroder i hjärnan på Erik Ramsey, en volontär som drabbades av ett katastrofalt hjärnstamslag i en bilolycka som gjorde att han låstes in vid 16 års ålder. Tack vare data som samlats in från Ramsey, Kennedy och hans samarbetspartners fortsatte att publicera högprofilerade artiklar om resultaten i tidskrifter som PLOS One och Gränser inom neurovetenskap så sent som 2009 och 2011. En artikel beskrev hur mjukvara kunde plocka ut de ljud som Ramsey föreställde sig och låta honom uttala några enkla ord väldigt grovt. Så småningom blev Ramsey för sjuk för att fortsätta delta i forskningen.

Då hade FDA också dragit tillbaka tillståndet att använda enheterna på fler patienter. Kennedy säger att byrån började be honom om mer säkerhetsdata, inklusive om de neurotrofiska faktorerna han använde för att inducera neuronal tillväxt. När Kennedy inte kunde tillhandahålla uppgifterna vägrade FDA att godkänna fler implantat.

Kennedy accepterade aldrig FDA-beslutet fullt ut (han tog med minst en annan patient till Belize för ett implantat). Det fanns också vetenskapliga frustrationer att arbeta med funktionshindrade. Inlåsta människor kan inte kommunicera, förutom ibland med grymtningar eller ögon, något som tillförde en förvirrande variabel till hans experiment. När en given neuron avfyrades kunde han aldrig vara säker på vad patienten hade tänkt.

Phil Kennedys hjärna under operation för att installera ett neuronregistrerande implantat.

Kennedy blev övertygad om att sättet att ta sin forskning till nästa nivå var att hitta en volontär som fortfarande kunde tala. I nästan ett år sökte han efter en volontär med ALS som fortfarande behöll vissa röstförmågor, i hopp om att ta patienten offshore för operation. Jag kunde inte få en. Så efter mycket funderande och grubblande bestämde jag mig för att göra det på mig själv, säger han. Jag försökte prata mig ur det i flera år.

Operationen ägde rum i juni 2014 på ett sjukhus med 13 bäddar i Belize City tusen miles söder om hans Georgia-baserade neurologpraktik och även långt ifrån FDA:s räckhåll. Innan han gick ombord på sitt flyg gjorde Kennedy allt han kunde för att förbereda sig. På sitt lilla företag, Neural Signals, tillverkade han elektroderna som neurokirurgen skulle implantera i hans motoriska cortex – valde till och med platsen där han ville ha dem begravda. Han lade undan tillräckligt med pengar för att försörja sig själv under några månader om operationen gick fel. Han hade sett till att hans livsvilja var i sin ordning och att hans äldre son visste var han var.

Går promenaden

Nere i Belize gick proceduren inte smidigt, vilket pekade på farorna med hjärn-datorgränssnittsvetenskap för frivilliga. Det finns en liten men reell risk för död när som helst skallen öppnas. Efter att ha vaknat upp från sin första operation, säger Kennedy, kunde han inte svara när kirurgerna pratade med honom. Han hade tappat förmågan att tala. Läkarna förklarade senare att hans blodtryck hade ökat under den 12 timmar långa operationen, vilket fick hjärnan att svälla och ledde till tillfällig förlamning. Jag var inte det minsta rädd, säger Kennedy. Jag visste vad som pågick. Jag uppfann operationen.

Biverkningarna var mycket allvarliga, men Kennedy säger att han återhämtade sig och återvände för en andra 10-timmars procedur i Belize City flera månader senare så att kirurgen kunde implantera elektronik som skulle låta honom samla in signaler från sin egen hjärna.

Kennedys hjältemod imponerar på några av hans tidigare patienter. Snacka om att gå på promenad! David Jayne, en ALS-patient implanterad av Kennedys team i början av 2000-talet, sa i ett e-postmeddelande. Jag beundrar Phil.

För vissa forskare kunde Kennedys beslut ses som okloka, till och med oetiska. Ändå finns det fall där självexperiment har gett resultat. 1984 drack en australisk läkare vid namn Barry Marshall en bägare fylld med bakterier för att bevisa att de orsakade magsår. Han vann senare Nobelpriset. Det har funnits en lång tradition av medicinska forskare som experimenterar på sig själva, ibland med bra resultat och ibland utan så bra resultat, säger Jonathan Wolpaw, forskare i hjärn-datorgränssnitt vid Wadsworth Center i New York. Det är i den traditionen. Det är nog allt jag borde säga utan mer information.

Efter att ha återvänt hem till Duluth, Georgia, började Kennedy slita i stort sett ensam i sitt tallab och spelade in sina nervceller när han upprepade 29 fonem (som e, eh, a, o, u och konsonanter som ch och j) högt, och föreställde sig sedan tyst att säga dem. Han gjorde likadant med cirka 290 korta ord som Dale och plommon. Det fanns också fraser att tala: Hej världen, Vilket privat företag, och Joggingglädjen får en pojke att säga wow.

Kennedy säger att hans tidiga upptäckter är extremt uppmuntrande. Han säger att han fastställde att olika kombinationer av de 65 neuronerna han spelade in från konsekvent avfyrades varje gång han talade vissa ljud högt, och även avfyrade när han föreställde sig att tala dem - ett förhållande som potentiellt är nyckeln till att utveckla en tankeavkodare för tal. På UCSF säger Chang att Kennedy kan ha lärt sig något nytt. Hans egen forskning använder olika elektroder placerade utanför hjärnan, som han säger kan bara samla in en relativt grov signal (se A Speech Synthesizer Direct to the Brain). Jag tror att det han kan ha tillgång till där är något mycket mer detaljerat, säger Chang.

Det var en stor besvikelse. Kennedy hade hoppats på att få leva med implantaten i sin hjärna i flera år, samla in data, förbättra sin kontroll och publicera tidningar. Men snittet i hans skalle stängdes aldrig helt, vilket skapade en farlig situation. Efter några veckors insamling av data tvingades Kennedy i januari förra året be läkare på ett lokalt sjukhus i Georgia att ta bort implantaten. Notan uppgick till 94 000 dollar. Kennedy lämnade in kravet till sitt försäkringsbolag (han säger att det betalade 15 000 $).

Kennedy tillskriver detta bakslag till sitt beslut att bygga elektroderna extra stora och installera dem i en ovanlig vinkel så att de skulle vara lättare att arbeta med – ett beslut som han nu tror var ett misstag. Men jag kom undan, så jag är nöjd, säger han. Jag hade några stötar och blåmärken efter operationen, men jag fick fyra veckors bra data. Jag kommer att arbeta med dessa uppgifter under lång tid.

Dölj