Nevidomí se možná již brzy rozhlédnou pomocí elektrod, které budou dráždit jejich jazyk.

Vojákům usnadní boj v noci nebo potápění v kalných vodách, lékařům zajistí dokonalou kontrolu nad skalpelem. Zařízení, které testují američtí vědci, se může uplatnit v řadě rozličných oblastí.

Marie-Laure Martinová je od narození slepá. Nikdy nezahlédla jediný záblesk světla a čtyřicet let si vytvářela představy o světě především z toho, co uslyšela a nahmatala. Plamen svíčky se jí jevil jako velká ohnivá koule. Když si mohla v laboratoři Kurta Kaczmarka na University of Wisconsin v Madisonu plamen poprvé prohlédnout, byla zaskočena jeho neklidný plápoláním a tím, jak je maličký. Ještě větší zážitek ale měla Marie-Laure z toho, že svíčku vidí jazykem.

Jazyk uzpůsobený k vnímání chuťových a hmatových vjemů není na první pohled tou nejvhodnější náhradou za ztracený zrak. Po většinu času jej máme ukryt ve tmě úst, nenajdeme na něm jedinou světločivnou buňku a chybí mu napojení na zrakový nerv určený k přenosu obrazových informací do mozku.

Dlouhé roky náročných výzkumů ale dovedly Kurta Kaczmarka a jeho staršího kolegu Paula Bach-y-ritu k názoru, že právě jazyk je po oku tou nejpříhodnější bránou, kudy by nám do mozku mohly proudit zrakové vjemy. Vyvinuli proto elektronické zařízení převádějící obraz snímaný kamerou na vzory elektrických stimulů přenášených na sliznici jazyka.

Dobrovolníci, kteří přístroj testovali, popisují zvláštní jev. Po určité době přestali vnímat stimuly na jazyku. Ty se jim jakoby "přestěhovaly do hlavy" a navodily u nich představy tvaru předmětů zabíraných kamerou. Jazyk se jim tak proměnil v náhradní oko.

"Svět kolem sebe nevidíme očima, ale mozkem," vysvětluje "stěhování" vnímaných stimulů Paul Bach-y-rita. "Jakmile světlo dopadne na sítnici oka, promění se na nervové impulsy, které se v ničem neliší od vzruchů, jež přicházejí do mozku z palce nebo z jazyka. Pro vnímání těchto signálů jako obrazu je nezbytné jen jedno - aby náš mozek ty vzruchy správně interpretoval."

Ze zad do úst

Už v šedesátých letech 20. století zkoušeli vědci nahradit nevidomým lidem zrak zařízením, které dodávalo podněty k nervovým zakončením v pokožce. Dobrovolníkům připínali na záda nebo na břicho systém elektrod a ty pak zapínali a vypínali ve vzorech, jaké odpovídaly požadovaným obrazcům (např. různým písmenům abecedy). Po určitém tréninku rozeznávali dobrovolníci prostřednictvím kůže jednoduché tvary a byli s to sledovat i pohyb objektů.

Některým nevidomým umožnilo "kožní oko" pozorovat míček koulející se po nakloněné rovině s takovou přesností, že jej dokázali spolehlivě zasáhnout pálkou. S prototypovým zařízením zastali někteří nevidomí práci na montážní lince firmy vyrábějící elektroniku. "Břišním okem" spolehlivě rozeznávali prázdné skleněné trubičky a ty pak plnili pojidlem.

Nadšení z prvních úspěchů vystřídalo u Paula Bach-y-rity rozčarování. Zařízení byla na jeho vkus příliš velká a neohrabaná. Navíc "žrala" elektřinu ve velkém, a někdy dokonce uštědřovala svým nositelům nepříjemné elektrické šoky.

"Proboha, kdo chce vypadat jako mimozemšťan?" vztekal se Bach-y-rita nad "kožním okem" a usilovně hledal, jak celý systém vylepšit. Nakonec došel k závěru, že nejvhodnější oblastí pro umístění elektrod není kůže, ale jazyk. Kolegové se jeho nápadu smáli.

"Drobet předběhl svou dobu," vzpomíná Kaczmarek, který zpočátku patřil do početného tábora skeptiků. Ale Bach-y-rita se nevzdával a zkoušel své madisonské kolegy znovu a znovu přesvědčit.

"Nakonec jsem Paulovi řekl: Tak OK, jdeme do laborky a odzkoušíme to. A ono se ukázalo, že to funguje," přiznává Kaczmarek.

Najednou byly přednosti jazyka nad slunce jasnější. Je bohatě vybavený hmatovými receptory a prostupuje ho hustá síť nervových vláken. Sliny v ústech navíc vytvářejí dobré podmínky pro přenos elektrického impulsu. Jazyk může díky tomu zprostředkovat nevidomým obrazové vjemy s neskonale vyšším rozlišením než kůže. Bezvýznamná není ani nižší energetická náročnost. Ve srovnání s konečkem prstu stačí sliznici jazyka k přenosu signálu 30krát slabší elektrické napětí. V neposlední řadě je tu i vyhlídka, že se celé zařízení skryje v ústech a jeho uživatel nebude budit nežádoucí pozornost.

Ostrá chuť bublinek ze sodovky

Zatím je prototyp "jazykové zobrazovací jednotky" zkonstruované v Kaczmarkově laboratoři poměrně rozměrné zařízení. Jeho součástí je kamera velká asi jako balíček karet. Ta je napojena kabelem na řídící jednotku velikosti menší krabice od bot. Z ní vychází plochý svazek ohebných kabelů, jenž se na konci sužuje do políčka velkého asi jako poštovní známka vybaveného 144 zlatými elektrodami. K nim přikládá testovaná osoba jazyk, asi jako kdyby to bylo lízátko. Elektrické stimuly však "nechutnají" tak sladce. Některé účastníky po kontaktu s elektrodami brněl jazyk, jiní přirovnávají výsledný pocit k ostré chuti bublinek ze sodovky nebo k olizování kontaktů devítivoltové baterie.

S "pachutí" elektrod se zatím nedá nic dělat. Jinak je tomu s rozměry "jazykového oka". Už v blízké budoucnosti by se mělo dramaticky zmenšit. Kameru skryjí obroučky brýlí. Signál poputuje do elektrod bezdrátově prostřednictvím miniaturní vysílačky. Přijímač vzruchů s elektrodami bude přichycen k hornímu patru za zuby, podobně jako se upevňují v ústech rovnátka. Zatím ale nejsou podobná technická zdokonalování na programu dne, protože celý systém je na samém počátku vývoje a neodrostl dětským nemocem. První klinické zkoušky však přesto dopadly povzbudivě. Zúčastnilo se jich 12 dobrovolníků, z nichž polovina se narodila jako nevidomí. Druhou polovinu tvořili zdraví studenti, kteří si nechali při testech zakrýt oči.

"Zdaleka jsme jim nenahradili zrak," přiznává neurolog Edward Taub z University of Alabama. "Ti lidé vidí jen nezřetelné stíny. Ale i to je významný úspěch."

Jedním z problémů je bezesporu nízké rozlišení 144 elektrod. V nejbližších letech proto budou konstruktéři usilovat o zvýšení jejich počtu na čtyřnásobek. Větší problém představuje dosažení kontrastu srovnatelného s obrazem vnímaným zrakem. Oko zaznamená bez potíží i oblasti, které jsou tisíckrát jasnější než nejtmavší části zorného pole. Jazyk zachytí nejvýše trojnásobný rozdíl v intenzitě stimulu. "To je problém, s kterým se zatím marně potýkáme," připouští Kurt Kaczmarek.

Zlepšení výkonu jazykové zobrazovací jednotky neleží jen v rukou inženýrů. Už v prvních klinických zkouškách se ukázalo, jak velkou roli hraje trénink. Po deseti hodinách testů s "jazykovým okem" dosahovali dobrovolníci dvakrát lepších výsledků než na začátku zkoušek. Lidský mozek je poměrně přizpůsobivý, a když mu dáme šanci, rychle se učí využívat některá centra způsobem, pro jaký původně nebyla určena.

Neurofyziolog Maurice Ptito z kanadské University of Montreal vyšetřoval mozky dobrovolníků testujících jazykovou zobrazovací jednotku a zjistil, že se u nich aktivují části mozkové kůry určené pro zpracování zrakových vjemů. Platí to dokonce i u lidí, kteří jsou od narození slepí a kteří tuto část mozku za normálních okolností nezaměstnávají.

Operace dirigovaná jazykem

Stimulace hmatových receptorů na jazyku by nemusela pomáhat jen nevidomým. Ostatně první fázi výzkumu Bach-y-ritově laboratoři financovalo americké námořnictvo. To si objednalo zařízení, jež by příslušníkům speciálních jednotek zprostředkovalo signál ze sonaru při potápění v kalné vodě, kde je orientace zrakem krajně nesnadná. Bach-y-rita vyvedl výstup ze sonaru na elektrody pro dráždění jazyka a představitelé námořnictva byli s výsledky testů údajně velmi spokojeni.

Zájem projevili i generálové velící pozemním vojskům. Pěšákům by mohla jazyková zobrazovací jednotka zprostředkovat signály kamer pro noční vidění pracujících v infračervené oblasti spektra. Vojáci by pak jazykem "viděli" nepřátelské vojáky útočící pod rouškou neproniknutelné tmy.

"Jazykové oko" vstoupí do služeb lékařů. Naznačují to výsledky výzkumu na univerzitě v Grenoblu. Chirurg Yohan Payan si odzkoušel "jazykový dozor" nad vedením skalpelu při chirurgickém odstraňování nádoru. Nejprve si vytvořil z pěnové gumy model nádoru a pak podle jeho tvaru naprogramoval do řídícího počítače ideální vedení řezu. Do "operace" se mohl pustit prakticky naslepo. Elektrody na jazyku jej spolehlivě varovaly, když se ostří začalo odchylovat od ideální dráhy. "Elektrody mi dovolovaly skutečnou trojrozměrnou kontrolu nad skalpelem," pochvaloval si Payan.

Ve stadiu prvních zkoušek je i zařízení na pomoc lidem, kteří v důsledku úrazu či choroby trpí narušením rovnováhy. Čidla připevněná k hlavě by je hlídala a signalizovala by jim na jazyk, jak mají vyrovnat momentální ztrátu stability. Podobné zařízení by dobře posloužilo i pilotům při náročných prvcích vzdušné akrobacie ve tmě nebo v hustých mracích. Za těchto podmínek nebývá jednoduché rozeznat, co je nahoře a co je dole a i malá odchylka od optimálního směru letu může mít nedozírné následky.

Ke klinickým zkouškám bude umělý rovnovážný orgán připraven nejdříve za dva roky. Ještě delší vývoj čeká další praktické aplikace jazykových elektrod. Vědci například zvažují, zda by ochrnutí lidé nemohli získat prostřednictvím jazykových elektrod hmat do robotických rukou. O rozšíření rejstříku podnětů o hmatové vjemy na jazyku prý vážně uvažují i někteří výrobci počítačových her.

***

Svět viděný prostřednictvím jazyka

Vědci vyvinuli zařízení, které by mohlo prospět nevidomým. Přístroj převádí obraz snímaný kamerou na elektrické stimuly a ty poak přenášejí na sliznici jazyka. Elektrické stimuly u člověka po určité době navodí představu o tvaru předmětů zabíraných kamerou.

Studentky University of Wisconsin hrají dětskou hru "kámen, nůžky, papír". Alyssa Koehlerová má zakryté oči, ale její soupeřka Sara Linsaasová ji nemůže podvádět. Sářinu ruku snímá kamera a její obraz "vidí" Alyssa jazykem.

Kurt Kaczmarek a Paul Bach-y-rita dospěli k názoru, že právě jazyk je po oku tou nejpříhodnější bránou, kterou by nám do mozku mohly proudit zrakové vjemy.

Komu prospěje "jazykové oko"

* Nemocným: Náhrada zraku u nevidomých Kontrola nad prostorovou orientací u pacientů postižených narušením rovnováhy
* Lékařům: Kontrola nad ideální dráhou skalpelu při složitých chirurgických zákrocích Kontrola nad správným zaváděním sond, např. do srdce nebo do ledvin Hmatové vjemy z operací prováděných robotem
* Armádě: Zprostředkování výstupu ze sonaru při diverzních námořních akcích Zprostředkování výstupů z infrakamer pro noční vidění Dokonalejší prostorová orientace pilotů
* Zábavnímu průmyslu: Rozšíření sortimentu podnětů z počítačových her o hmatové stimuly

O autorovi: BIOLOG