Czas cyborgów

Na długo przed tym, jak maszynowe poszerzanie zdolności homo sapiens zaczęło budzić wątpliwości rodem z literatury cyberpunkowej, człowiek sięgał po technologię w celach bardziej przyziemnych. Historia tworzenia sztucznych części ciała zastępujących te uszkodzone lub źle działające sięga starożytności.

Jakież było zdziwienie archeologów, którzy na zdjęciach rentgenowskich egipskiej mumii sprzed trzech tysięcy lat zauważyli sztuczny duży palec u nogi. Kobiecie najpewniej amputowano paluch w związku z gangreną, ale rana zasklepiła się, a ślady zużycia dowodzą, że rzeźbiony drewniany zamiennik przytwierdzony za pomocą rzemieni pomagał jej chodzić. Przez setki lat protezy trafiały do kolejnych ofiar wojen i chorób, czasem nawet zahaczając o sztukę. Wystarczy spojrzeć na dzieła rzeźbiarki Anny Coleman Ladd. Amerykanka tworzyła realistyczne maski dla weteranów I wojny światowej, którym potworne uszkodzenia twarzy nie pozwalały normalnie funkcjonować w społeczeństwie. Protezy długo pozostawały jednak tylko głównie kosmetyczną, mało funkcjonalną namiastką.

Rewolucja nadeszła w połowie minionego wieku. Tuż po wojnie na uniwersytecie w Monachium powstała pierwsza tzw. mioelektryczna proteza ręki, reagująca na sygnały z mięśni, do których została podpięta. Nowocześniejsze wersje urządzenia używane są do dziś (w Polsce refunduje je PFRON), ale proste zamienniki mogą tylko otwierać i zaciskać dłoń. Bardziej zaawansowane modele pozwalają skonfigurować zróżnicowane gesty, np. chwycenie kierownicy, aktywowane w obecności umieszczonego w aucie czipu. Do naturalnego ruchu zbliżają się dopiero wynalazki takie jak proteza skonstruowana rok temu na uczelni Georgia Tech. Dzięki uczeniu maszynowemu i ultrasonografowi monitorującemu skurcze mięśni sztuczna ręka muzyka Jasona Barnesa nie tylko wykrywa sygnał do zrobienia ruchu, ale i interpretuje żądany kierunek i siłę. To pozwala „w locie” wydawać polecenia każdemu palcowi osobno, a Barnes znów gra „Odę do radości” lewą dłonią.

Protezy pomagają odkrywać na nowo i inne przyjemności. We wrześniu 2018 roku 44-letni Brytyjczyk za sprawą bionicznego przyrodzenia po raz pierwszy uprawiał seks. Dyskretny przycisk „aktywuje” nowy narząd, do którego skonstruowania lekarze użyli skóry z lewej ręki i żyły z prawego uda.

Protezy ewoluują i w drugą stronę – przywracają zmysł dotyku. LUKE, proteza ręki stworzona przez twórcę Segwaya Deana Kamena, ma m.in. siłomierze w palcach. Dzięki nim użytkownik może np. podnieść jajko bez jego zgniecenia. O krok dalej poszli włoscy badacze, którzy zainstalowali sztuczne ramię niejakiej Almerinie Mascarello. W mięsień pacjentki wszczepili niewielkie elektrody, które przekazują do mózgu sygnały z czujników na palcach, pozwalając jej czuć, czy trzymany obiekt jest miękki, czy twardy, oraz jaki ma kształt. Z kolei kilka miesięcy temu na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa opracowano naszpikowany sensorami odpowiednik ludzkiej skóry właściwej. Po pokryciu nią protezy i podłączeniu elektrod przekazuje ona informacje o krzywiźnie i fakturze, a jeśli przedmiot jest ostry, użytkownik może nawet poczuć ból w kończynie.

Podobne eksperymentalne wynalazki są rzecz jasna bardzo drogie – cena wspomnianej protezy LUKE szacowana jest na 100 tys. dolarów. Na szczęście z pomocą przychodzą drukarki 3D – otrzymane za ich pomocą proste mioelektryczne protezy kosztują kilkaset dolarów. Przy okazji można eksperymentować z ich wyglądem, czego przykładem jest „rękawica Iron Mana” sprezentowana przez Roberta Downeya Jra siedmioletniemu Aleksowi. Coś dla siebie mogli znaleźć również niepełnosprawni fani osadzonej w przyszłości gry wideo Deus Ex: Bunt ludzkości. Z okazji premiery jej producent nawiązał współpracę z firmą Open Bionics i opracował działającą protezę ramienia wzorowaną na mechanicznej ręce protagonisty. To, że bycia cyborgiem nie trzeba się wstydzić, pokazuje też np. piosenkarka Viktoria Modesta, w teledyskach eksponująca różne wersje swojej lewej e-nogi.

Rozwój medycyny pozwala też wymieniać organy wewnętrzne, w tym serce. W latach 60. sztuczna pompa krwi miała postać dużej maszyny podtrzymującej życie pacjenta podczas operacji. Dwie dekady później istniały już zasilane zewnętrznie miniatury „instalowane” na czas oczekiwania na przeszczep. Swoją cegiełkę dołożyli i polscy kardiolodzy – 32-letni Marcin Drab żył prawie dwa lata z opracowaną w ramach programu Polskie Sztuczne Serce pneumatyczną sztuczną lewą komorą wspomagania krążenia POLVAD Religa, nim w 2016 roku przystąpił do innego leczenia i doczekał się transplantacji. Ten pozaustrojowy model wymaga przebywania w szpitalu, ale celem Polaków jest stworzenie urządzeń wszczepialnych – takich jak Carmat. Kosztujący 150 tys. euro cud techniki imituje skurcze i rozkurcze serca, powierzchnie pozostające w kontakcie z krwią ma wykonane z „biokompatybilnego” materiału, a pracę serca reguluje moduł elektroniczny badający zmiany ciśnienia w komorach. Trzykilogramowa bateria zapewnia pięć godzin swobodnego poruszania się. Mniej inwazyjne „dodatki” w rodzaju stymulatora (rozrusznika) serca to już dziś codzienność.

Rok temu cukrzyków uradowała wieść, że amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków umożliwiła produkcję sztucznych trzustek. Zestawy składają się z wszywanego pod skórę czujnika mierzącego poziom glukozy, pompy insulinowej oraz koordynującej pracę obu urządzeń aplikacji mobilnej. Naukowcy są coraz bliżej skonstruowania wszczepialnej protezy nerki, a Centrum Bioniki Ekstremalnej na uczelni MIT podjęło się rozpisania kosztującego 100 milionów dolarów planu pięcioletniego, który zakłada leczenie paraliżu poprzez „wymianę” części rdzenia kręgowego.

Przykłady „zamienników” można mnożyć: pięć lat temu na Uniwersytecie Duke człowiek po raz pierwszy otrzymał naczynia krwionośne „wyhodowane” w laboratorium, a szwajcarska firma IBI opracowała SmartBone, biomateriał łączący żywą tkankę kostną z polimerami, który może posłużyć np. w razie skomplikowanych złamań. Zresztą już w 2013 roku w londyńskim Muzeum Nauki zagościł Bionic Man – nieco pokraczna kombinacja 27 działających sztucznych części ciała, od płuc po śledzionę.

Człowiek jest jednak na tyle skomplikowanym organizmem, że czasem trzeba wykazać się niemałą kreatywnością – czego dowodzą chociażby próby przywracania wzroku. Jednym ze służących do tego urządzeń jest Argus II. Z zewnątrz przypomina ciemne okulary, na których zamontowano miniaturową kamerę połączoną z kieszonkowym komputerem. Obraz z kamery przetwarzany jest na sygnał, który za pośrednictwem bezprzewodowego przekaźnika trafia do zamontowanego na gałce ocznej odbiornika. Ten przekazuje informację do implantu ulokowanego tuż pod biologiczną siatkówką, stymulując nadal sprawne komórki. Dzięki temu wcześniej niewidomy pacjent zaczyna rozróżniać kształty, zwłaszcza w postaci regularnych linii, np. zarys drzwi. Proteza nie jest doskonała i wciąż powstają nowe – np. pod koniec sierpnia w „Advanced Materials” ukazał się opis szklanego oka wyposażonego w fotodiody konwertujące światło na sygnały elektryczne.

Jednym z najoryginalniejszych przypadków leczenia problemów ze wzrokiem jest Neil Harbisson. Artysta i założyciel Fundacji Cyborgów od urodzenia cierpi na szczególnie ostrą ślepotę barw – w ogóle nie widzi kolorów. Remedium na jego przypadłość okazał się wszczep w postaci wystającej z kości potylicznej anteny. Na jej zakończeniu znajduje się kamera, która rejestruje obraz i przetwarza go na wibracje czaszki odczuwalne w postaci dźwięku – Harbisson „słyszy” barwy o różnej częstotliwości i przez lata nauczył się odróżniać ich setki. Na stałe zamocowana antena jest podłączona do sieci, dzięki czemu Harbisson może odebrać telefon „w głowie”, a także odczytać informacje o kolorach z zewnętrznych źródeł. Jego przyjaciele są w stanie wpływać na jego sny, dając mu do „posłuchania” odpowiednie barwy, kiedy śpi.

Dzięki antenie Harbisson zauważa nawet barwy niewidoczne dla ludzkiego oka: podczerwień i ultrafiolet, dzięki czemu wie np., że danego dnia lepiej się nie opalać. Przypadków uzyskanych w podobny sposób nadnaturalnych talentów jest więcej. Firma Cyborg Nest sprzedawała North Sense – na stałe przytwierdzane do piersi implanty, które wibrują, gdy użytkownik zwraca się w stronę północy. Chce stworzyć też inne gadżety, które zapewnią człowiekowi „nowe zmysły”, np. zaalarmują, gdy znajdzie się w zbyt zanieczyszczonym środowisku. Kilka instytucji, m.in. Politechnika Federalna w Zurychu, opracowało soczewki kontaktowe, które zapewniają oku zoom optyczny – zamruganie w sposób aktywujący „migawkę” z ciekłego kryształu przybliża obraz blisko trzykrotnie. Już pod koniec lat 90. brytyjski inżynier Kevin Warwick zaszywał sobie w ciele moduły zbliżeniowe otwierające drzwi i zapalające światła, a w czerwcu australijski „biohaker” wywalczył przed sądem anulowanie mandatu, który dostał za jazdę na gapę, mając czip karty miejskiej pod skórą.

Cybernetyczne udoskonalenia są dziś wręcz gałęzią sztuki. Jednym z najbardziej znanych artystów starających się zatrzeć granice między ludzkim ciałem a maszyną jest Stelarc. Ma na koncie m.in. performance, w ramach którego podpiął do ciała elektrody i pozwolił zdalnie sterować swoim ciałem przez internet. Występował też z trzecią (mioelektryczną) ręką, a także znalazł chirurgów gotowych umieścić na jego ramieniu trzecie ucho – a w praktyce odpowiednio uformować skórę i umieścić w ciele mikrofon. Ten z powodzeniem pozwalał na bezprzewodową transmisję dźwięku, choć po kilku tygodniach wdała się infekcja i musiał zostać wyjęty.

Awangardowa hiszpańska artystka Moon Ribas zasłynęła umieszczeniem sobie w łokciu miniaturowego czujnika sejsmicznego, który wibracjami informuje ją o trzęsieniach ziemi. Wreszcie filmowiec Rob Spence, który jako dziewięciolatek stracił prawe oko w wyniku nieostrożnej zabawy dubeltówką, wstawił sobie szklaną gałkę oczną z kamerą bezprzewodową. Dziś już nie używa gadżetu na co dzień, ale podczas nagrywania oko świeci mu niczym u Terminatora, korzystał też z niego podczas kręcenia dokumentu poświęconego ludziom z zaawansowanymi technicznie protezami (do obejrzenia www.youtube.com/watch?v=TW78wbN-WuU).

Spence należy do ludzi, którzy kibicują inicjatywom takim jak Neuralink. Celem założonej przez Elona Muska fundacji jest opracowanie interfejsu, który pozwoli mózgowi człowieka komunikować się z komputerem bezbłędnie i szybko. Szczegóły nie są znane, ale Neuralink działa od dwóch lat, a w niedawnym wywiadzie Musk zapowiedział, że już za kilka miesięcy pokaże coś „lepszego, niż wydaje się ludziom możliwe”. Póki co pozostają więc rozwiązania niedoskonałe, np. sygnały elektroencefalograficzne. Dzięki zestawowi elektrod montowanych na głowie pacjenci mogą wykonywać proste ruchy mechaniczną kończyną czy przemieszczać obiekty na ekranie, skupiając na nich uwagę – tak jak w grze Awakening, w której gogle wirtualnej rzeczywistości połączone są z czepkiem-encefalografem. Z innych metod obsługi komputera korzystał zmarły w tym roku Stephen Hawking. Cierpiący na stwardnienie zanikowe boczne brytyjski astrofizyk sterował kursorem za pomocą ruchów mięśnia policzka wykrywanych dzięki diodzie podczerwieni. Eksperymentował też z używaną przez inne osoby sparaliżowane technologią śledzenia ruchu oczu.

Biorąc pod uwagę postępy w łączeniu organizmu ludzkiego z elektroniką, i na tym polu można spodziewać się gwałtownego rozwoju. A skoro hybrydy człowieka i maszyny przestały stanowić jedynie temat powieści fantastyczno-naukowych, warto rozważyć i negatywne scenariusze. W 2016 roku przedstawiciele koncernu Johnson & Johnson przyznali, że w oprogramowaniu jednej z pomp insulinowych firmy wykryto lukę pozwalającą odpowiednio przygotowanemu hakerowi doprowadzić do podania pacjentowi zbyt dużej dawki insuliny. Rok wcześniej okazało się, że zabezpieczenia szpitalnych pomp infuzyjnych marki Hospira da się złamać nawet zdalnie. A nie zapominajmy i o bardziej „doraźnych” skutkach noszenia elektroniki w ciele – w maju br. słoweńscy lekarze opublikowali raport, z którego wynika, że uderzenie piorunem potrafi zakłócić działanie elektrod, które wszczepia się do mózgu pacjentom cierpiącym np. na chorobę Parkinsona. Cóż, piorunów z zasady lepiej unikać, ale już niebawem okaże się, że także z nieco mniej oczywistych powodów.

Jens Naumann jest jedną z pierwszych na świecie osób, które odzyskały częściowe widzenie za sprawą implantu umieszczonego w mózgu. W 2002 dr William Dobelle ulokował na powierzchni kory wzrokowej w mózgu chorego zestaw elektrod połączonych z kamerą. Dzięki zapewnianej przez nie stymulacji Naumann zaczął widzieć czarno-białe zarysy obiektów, a nawet był w stanie poprowadzić samochód podczas jednej z konferencji naukowych. Niestety dwa lata po operacji Dobelle nagle zmarł, nie pozostawiając szczegółowych informacji na temat sposobu działania urządzenia. Gdy wdała się infekcja, Naumann musiał usunąć część implantu, na powrót tracąc wzrok. Dziś używa The vOICe – kamery, która skanuje obraz i przetwarza go na sekwencję dźwięków, używając wysokości i natężenia do oddania kształtu i jasności obiektu.

Lekarze chętnie wpuściliby do naszych wnętrz maleńkie roboty – futurysta Ray Kurzweil twierdzi nawet, że do 2030 będzie to codzienność. Nanoboty mogą pełnić rozmaite zadania – wykonają minibiopsję, dostarczą antybiotyk, zaszyją ranę wewnętrzną, bezinwazyjnie usuną połknięte ciało obce. Póki co główny problem stanowi sterowanie robocikami – na MIT powstał np. koncept przesuwania ich za pomocą magnesów, ale mogą też poruszać się same ruchem dżdżownic. Na Uniwersytecie Harvarda zaprezentowano też maleńkiego silikonowego pajęczaka, który porusza odnóżami dzięki napełnianym płynem kapilarom.

Jednym z najciekawszych narzędzi, z których mogą korzystać naukowcy testujący nowe leki, są tzw. organy w czipie (ang. organ-on-a-chip). W przypadku np. pseudopłuca polimerowa konstrukcja ma wydrążone kanaliki, w których na membranie umieszcza się komórki płuca, a z drugiej strony – komórki kapilarne. Dodatkowy mechanizm wprawia membranę w ruch, symulując naturalne poruszanie się organu. Potem po jednej stronie membrany puszcza się powietrze z bakteriami, a drugą krew z białymi krwinkami. Pozwala to obserwować w miniaturze procesy biochemiczne zachodzące w człowieku bez konieczności produkowania całych miniaturowych organów lub testowania leku na zwierzęciu. Tego rodzaju materiał badawczy pozwala sprawdzać też np. możliwe reakcje mózgu, wątroby i serca.