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

50 самых быстрорастущих компаний России 50 самых быстрорастущих компаний России

11-й рейтинг лидеров роста российского бизнеса

РБК
Топ-5 орехов против старения Топ-5 орехов против старения

Могут ли орехи улучшить ваше самочувствие и продлить молодость?

ТехИнсайдер
Слово редактора Слово редактора

Санкт-Петербург и лучшие автомобили года, на которых надо ехать туда

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Шаг к здоровью питомца: как подобрать правильный корм для домашнего животного Шаг к здоровью питомца: как подобрать правильный корм для домашнего животного

О том, как надо кормить кошек и собак в соответствии с их видовыми особенностями

ТехИнсайдер
Сталин выступает с докладом на VIII съезде Советов Сталин выступает с докладом на VIII съезде Советов

Москва, Кремль, 1936: Сталин выступает на съезде, где примут новую конституцию

Дилетант
Мифы и научные данные о животных-долгожителях Мифы и научные данные о животных-долгожителях

От чего зависит скорость старения у разных животных?

Наука и техника
Борьба вместо рестлинга: Халк Хоган создал профессиональную лигу и привлек чемпионов Борьба вместо рестлинга: Халк Хоган создал профессиональную лигу и привлек чемпионов

Пиво, чемпионы и венчурные фонды: зачем Халк Хоган создал свою лигу?

Forbes
Риск инфаркта оказался меньше после шунтирования желудка по сравнению с рукавной пластикой Риск инфаркта оказался меньше после шунтирования желудка по сравнению с рукавной пластикой

Риск инфаркта миокарда ниже после шунтирования желудка, чем после гастропластики

N+1
Перевоспитание мужчин и инвестиции: как Австралия стала примером в борьбе с насилием Перевоспитание мужчин и инвестиции: как Австралия стала примером в борьбе с насилием

Как Австралия смогла войти в топ-20 самых безопасных стран мира для женщин?

Forbes
Цена труда Цена труда

Как меняется уровень заработной платы и производительности труда в России?

Ведомости
Заменили отцов на заводах Заменили отцов на заводах

Юные герои тыла: как дети работали на заводах во время Великой Отечественной

Ведомости
Машины будущего: как бизнесу продавать электрокары, и почему нам рано или поздно придется сказать им «да» Машины будущего: как бизнесу продавать электрокары, и почему нам рано или поздно придется сказать им «да»

Почему мы все еще не пересели на электромобили?

Inc.
Им наверху виднее Им наверху виднее

10 причин установить на свой автомобиль спутниковый охранный комплекс

Автопилот
Что скрывает этикетка Что скрывает этикетка

Научиться расшифровывать эти загадочные и малопонятные надписи не так уж сложно

Лиза
Янская стоянка. Палеолитический человек за полярным кругом Янская стоянка. Палеолитический человек за полярным кругом

Янская стоянка — самые северные следы Homo sapiens в Арктике

Наука и техника
Дивный Воронеж Дивный Воронеж

Город-открытие, который ты пропускаешь по пути на море

Лиза
Яковлевы Яковлевы

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

Караван историй
Морские спасатели, фантазийный сад и юная натуралистка: 5 комиксов и графических романов, которые понравятся всем Морские спасатели, фантазийный сад и юная натуралистка: 5 комиксов и графических романов, которые понравятся всем

5 комиксов о природе, смыслах и самопознании

Правила жизни
По пушкинским местам По пушкинским местам

Если бы во времена Пушкина были соцсети, какие места он бы советовал посетить?

Лиза
Тело в цифрах Тело в цифрах

Параметры тела, которые очень важно регулярно отслеживать

Лиза
«Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах» «Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах»

Зачем превращать одни клетки в другие

N+1
Прямо с куста Прямо с куста

Ягоды — это радость для глаз и праздничный взрыв вкуса. Как за ними ухаживать?

КАНТРИ Русская азбука
Моя лучшая подруга Моя лучшая подруга

Даже после ссоры вернуть лучшую подругу реально. Главное – знать, с чего начать!

Лиза
Зеленый дракон Зеленый дракон

Как Китаю удалось пройти путь от «угольной коптилки» до лидера энергоперехода

ТехИнсайдер
Свежая ягода — круглый год Свежая ягода — круглый год

Как функционирует круглогодичный комплекс по выращиванию ягод в Ставрополье

Агроинвестор
Антон Богданов: «Хвала режиссерам, которые не обращают внимания на амплуа» Антон Богданов: «Хвала режиссерам, которые не обращают внимания на амплуа»

Антон Богданов рассказал о том, как готовился к роли подводника в «Кракене»

Ведомости
Мифы и факты: Александр I Мифы и факты: Александр I

Весной на экраны вышел сериал об императоре. Какие факты вызывают споры?

Вокруг света
Победа и Наука. Взгляд из Сибири Победа и Наука. Взгляд из Сибири

Война стала высшей точкой слияния науки и государства

Знание – сила
Немоляевы и Лазаревы Немоляевы и Лазаревы

Немоляевы и Лазаревы: вся семья — как целая киностудия

Караван историй
Полис ограниченного действия Полис ограниченного действия

Экономят ли работодатели на ДМС для сотрудников

Деньги
Открыть в приложении