Как работают интерфейсы «мозг — компьютер», сможем ли мы лечить деменцию?

РБКРепортаж

Алексей Осадчий: «Один из самых сложных вызовов — интерпретация активности мозга»

Как работают интерфейсы «мозг — компьютер», сможем ли мы лечить деменцию и улучшать когнитивные способности в будущем? Разбираемся в этих вопросах с ведущим специалистом в области нейроинтерфейсов и нейропротезирования Алексеем Осадчим

Беседовала Ирада Садраева

Мост между мозгом и телом

РБК Как бы вы объяснили доступным языком, например, подростку, как работает интерфейс «мозг — компьютер»?

А. О. Если говорить о моторных нейроинтерфейсах, я бы начал с того, что головной мозг управляет произвольными движениями рук и ног человека. Когда мы решаем совершить движение, головной мозг посылает сигналы через спинной мозг, находящийся в позвоночнике, на наши мышцы, которые в данном случае можно назвать исполнительным механизмом. Если спинной мозг, проводник этих сигналов, поврежден, то сигналы не могут дойти до конечностей. В таком случае для восстановления утраченной связи можно использовать нейроинтерфейс — устройство, которое «подслушивает» активность мозга, расшифровывает ее (превращает в команды) и передает указания напрямую мышцам или протезам, минуя поврежденный участок спинного мозга. Это и есть наиболее привычное направление работы нейроинтерфейса: от мозга к исполнительным устройствам.

Но на этом все не заканчивается. Ведь мозг также получает огромное количество информации от наших органов чувств, в том числе от органов осязания: прикоснулись мы к яблоку — понимаем, что оно гладкое и прохладное; к наждачке — что она шершавая и т.д. Вот и нейроинтерфейсы могут работать в этом обратном направлении, доставляя напрямую в мозг тактильную информацию, которая очень важна, например, для более естественного управления внешними устройствами при помощи, как это принято говорить, силы мысли. Нейроинтерфейс, сочетающий оба таких направления работы, называется двунаправленным.

РБК Насколько мы знаем, исследования в области нейроинтерфейсов ведутся еще с 1990-х годов.

А. О. Да, активная фаза разработок действительно началась в этот период. Во многих странах, особенно в США и Европе, они развиваются десятилетиями. В Россию подобные тренды доходят с задержкой в 15–20 лет.

Нейроинтерфейсы начинаются с нейровизуализации — нашей способности видеть мозговую активность и выявлять в ней закономерности. Первые системы были неинвазивными, основанными на электроэнцефалографии, измеряющей разность электрических потенциалов на поверхности головы с помощью электродов.

Позже появились многоканальные инвазивные системы. Один из прорывов в этом направлении — чипы Utah Array от компании BlackRock, позволяющие погружать электроды в кору мозга и считывать сигналы от отдельных нейронов или их групп.

Еще в конце 1980-х исследователь Апостолос Георгополос показал, что по активности нейронных популяций можно предсказать направление движения руки у обезьяны. Это открытие легло в основу систем, позволяющих управлять роботизированной рукой или джойстиком. Эксперименты начинались на обезьянах, но сейчас уже ведутся клинические испытания на людях.

Спрос на нейроинтерфейсы

РБК Какие нейроинтерфейсы сейчас особенно востребованы на рынке?

А. О. Говоря о рыночном интересе, важно различать нейроинтерфейсы по типу сигнала (моторные, сенсорные, миографические) и по степени инвазивности (инвазивные, неинвазивные).

Моторные интерфейсы считывают мозговую активность и управляют внешними устройствами. Миографические — считывают мышечные сигналы, чаще всего с поверхности кожи, и используются, например, для управления протезами. Сенсорные интерфейсы, наоборот, передают ощущения человеку. Примеры — кохлеарные (слуховые) импланты и зрительные протезы, хотя последние пока развиты слабо.

Двунаправленные моторные интерфейсы сейчас активно развиваются. Например, студентка первого выпуска нашей магистерской программы в ВШЭ Лиза Окорокова в лаборатории Bensmaia Lab работала над системой, передающей тактильные ощущения через стимуляцию сенсорной коры. Главная задача — добиться естественности восприятия. Но это крайне сложно: мозговые репрезентации нестабильны, сигналы часто «утекают» за пределы зоны, покрытой электродами, а декодер (алгоритм, преобразующий сигналы мозга в команды для управления устройствами. — РБК) должен все время адаптироваться. Поэтому моторные нейроинтерфейсы остаются скорее исследовательским инструментом.

За 35 лет их протестировали менее чем на 60 пациентах по всему миру — это очень мало, как и число людей, которым реально нужен инвазивный контакт с мозгом, для восстановления моторной функции. В ЦБИ НИУ ВШЭ в сотрудничестве с командой врачей из МГМСУ им. А. И. Евдокимова Михаилом Владимировичем Синкиным и Владимиром Викторовичем Крыловым мы в 2021 году продемонстрировали двунаправленный моторный нейроинтерфейс на основе малоинвазивной технологии электрокортикографии, однако по вышеописанным причинам дальнейшее развитие этого проекта не оказалось востребованным.

Инвазивные интерфейсы для восстановления речи показали большой прогресс за последние пять лет. Лаборатория Кришны Шеноя из США недавно представила интерфейс, способный в реальном времени восстанавливать речь по сигналам активности мозга. Это важное достижение, но реальная потребность в таких решениях ограничена: большинство людей, сохранивших способность управлять голосовыми связками, могут восстановить речь, не прибегая к имплантации в мозг систем электродов.

Похожее утверждение можно сделать и про людей, потерявших конечности, которых сейчас, к сожалению, очень много, но у подавляющего большинства из них сохранена связь головного мозга и мышц. Поэтому именно миографические интерфейсы кажутся наиболее перспективными. Электроды улавливают даже слабые сигналы, не вызывающие полноценного сокращения мышц, — остаточную миоэлектрическую активность.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Валерия Морозова: «Нам интересно находить скрытые гастрономические жемчужины» Валерия Морозова: «Нам интересно находить скрытые гастрономические жемчужины»

Чем регионы готовы удивлять гастротуристов и что ИИ знает о хороших ресторанах?

РБК
Раскрыт секретный рецепт римского бетона, который пережил тысячелетия Раскрыт секретный рецепт римского бетона, который пережил тысячелетия

Чем состав и технология производства римского бетона отличались от современного

Inc.
Алена Бабенко: «С тех пор решила, что у меня будет два дня рождения в году» Алена Бабенко: «С тех пор решила, что у меня будет два дня рождения в году»

Я страшно страдала, что никудышная мать, всем порчу жизнь, часто плакала

Караван историй
Вес на месте Вес на месте

Стратегии двигательной активности во имя сохранения лучшей формы

Afternoon Seasons of life
Письмо приглашенного главного редактора Письмо приглашенного главного редактора

Как подружиться с деньгами и попасть в правильный финансовый поток?

Psychologies
Правила игры Правила игры

Индия во многом остаётся загадкой... как избежать недоразумений с партнерами?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Этноконфессиональные особенности мясного потребления Этноконфессиональные особенности мясного потребления

Под влиянием каких факторов меняется ассортимент мясной продукции

Агроинвестор
Аллергия на весну Аллергия на весну

Медицина пересматривает представления о механизмах развития аллергии

Ведомости
Астрономы заметили в космосе таинственную идеальную сферу Астрономы заметили в космосе таинственную идеальную сферу

Объект Телиос: совершенная сфера неизвестного происхождения

ТехИнсайдер
Яковлевы Яковлевы

Юрий Яковлев оставил после себя не только роли, но и актёрскую династию

Караван историй
Совсем другой сюжет Совсем другой сюжет

Портрет итальянской верфи Cantiere del Pardo и самые актуальные ее модели

Y Magazine
Ефремовы Ефремовы

Чета Ефремовых: от основателя «Современника» до звёзд сегодняшнего дня

Караван историй
Настоящая леди Настоящая леди

Правила поведения в общественных местах: что ты знаешь о приличиях

Лиза
Немоляевы и Лазаревы Немоляевы и Лазаревы

Немоляевы и Лазаревы: вся семья — как целая киностудия

Караван историй
Регионы призовут к ответу Регионы призовут к ответу

Почему регионы не достигли показателей строительства инфраструктурных проектов

Ведомости
Карта мягкой посадки Карта мягкой посадки

Российская экономика остывает, а бизнес ищет растущие сегменты

Монокль
Физика современных блэкаутов Физика современных блэкаутов

С чем эксперты связывают энергетический сбой на Пиренейском полуострове

Монокль
Шимпанзе используют «деревянный телеграф» для удаленного общения Шимпанзе используют «деревянный телеграф» для удаленного общения

Ученые знают, что шимпанзе барабанят по деревьям, но только сейчас поняли, зачем

ТехИнсайдер
Андреа Кими Антонелли: биография гонщика, побившего рекорд Феттеля Андреа Кими Антонелли: биография гонщика, побившего рекорд Феттеля

Андреа Кими Антонелли — самый юный обладатель поул-позиции в истории «Формулы-1»

РБК
Почему некоторые люди чихают несколько раз подряд Почему некоторые люди чихают несколько раз подряд

С чем может быть связано непрерывное чихание у людей?

ТехИнсайдер
Свежая ягода — круглый год Свежая ягода — круглый год

Как функционирует круглогодичный комплекс по выращиванию ягод в Ставрополье

Агроинвестор
Юрий Яковлев: «Уверен, что артисты — это больные люди!» Юрий Яковлев: «Уверен, что артисты — это больные люди!»

Вот иду по улице, а на меня смотрят, как на сумасшедшего

Коллекция. Караван историй
Смена курса лечения Смена курса лечения

Какие результаты у фармпрома и кто смог воспользоваться окном возможностей

Эксперт
Пики козыри Пики козыри

О взрослых, которые не уставали играть с детьми

Afternoon Seasons of life
«Крепкая семья остается сегодня наиболее важной ценностью» «Крепкая семья остается сегодня наиболее важной ценностью»

Как увеличить население нашей страны

Эксперт
Вот как добиться повышения — и усердная работа тут не при чем Вот как добиться повышения — и усердная работа тут не при чем

Что, если, несмотря на все усилия, продвижение по службе обходит вас стороной?

Inc.
Иван Варжавин: «Наша система, как самолет, может лететь даже на одном двигателе» Иван Варжавин: «Наша система, как самолет, может лететь даже на одном двигателе»

Как Газпромбанк модернизировал расчетный центр — ядро внешних платежных операций

РБК
Наш Май Наш Май

Книги с иллюстрациями Мая Петровича Митурича, не сомневаюсь, есть в каждом доме

Наука и жизнь
7 неверных установок 7 неверных установок

Они накрепко засели у нас голове еще с детства – и сильно отравляют жизнь

Лиза
В состоянии равновесия В состоянии равновесия

Анна Снаткина о мужском и женском и об энергиях в пространстве

OK!
Открыть в приложении