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

«Чистый хайп и маркетинг» «Чистый хайп и маркетинг»

Что такое мемкоин и можно ли на нем заработать

РБК
Почему течет масло в машине: причины и способы устранения проблемы Почему течет масло в машине: причины и способы устранения проблемы

Все про течь масла: откуда течет, как найти, опасно ли

РБК
Жуткая история Крис Кремерс и Лизанны Фрун, которые исчезли во время похода в Панаме Жуткая история Крис Кремерс и Лизанны Фрун, которые исчезли во время похода в Панаме

Жуткая история туристок, от которых остались только кости

ТехИнсайдер
Время на даче: 4 сценария Время на даче: 4 сценария

Несколько работающих идей, как провести уикенд за городом нескучно

КАНТРИ Русская азбука
Как ESG-принципы изменили российский рынок недвижимости Как ESG-принципы изменили российский рынок недвижимости

Зеленый подход к девелопменту: польза и подводные камни

РБК
Дальше не значит лучше Дальше не значит лучше

У тех, кто остается на даче, очень много возможностей отлично провести время

КАНТРИ Русская азбука
Зеленый дракон Зеленый дракон

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

ТехИнсайдер
Атлантические крепости Третьего рейха Атлантические крепости Третьего рейха

Атлантический вал: порты-крепости и их роль в обороне Третьего рейха

Наука и техника
Битва куликова Битва куликова

…Бойцовые собаки, бойцовые петухи, бойцовые кулики. Вы знаете о последних?

Наука и жизнь
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
Потепление на полтора градуса пойдет на пользу сибирской тайге Потепление на полтора градуса пойдет на пользу сибирской тайге

Как повлияет потепление климата на амазонские леса и сибирскую тайгу?

N+1
Галина Киндинова: «Жизненная сила била из них ключом» Галина Киндинова: «Жизненная сила била из них ключом»

Мы были окружены почти родительскими заботой и вниманием

Коллекция. Караван историй
Выживут только хулиганы Выживут только хулиганы

Как следует воспринимать хулигана сегодня и почему он все еще соль земли

Правила жизни
Отдых в стиле прованс Отдых в стиле прованс

Загородная дача в авторском прочтении французской классики

SALON-Interior
Иван Соснин: Хочется находить крупицы хорошего Иван Соснин: Хочется находить крупицы хорошего

Режиссер Иван Соснин — о пути в кино, сказках и нейросетях в кинопроизводстве

Ведомости
Глаза водителя: при каком зрении не стоит садиться за руль, даже если врач разрешил Глаза водителя: при каком зрении не стоит садиться за руль, даже если врач разрешил

При каких недостатках зрения стоит добровольно отказаться от вождения?

ТехИнсайдер
Любовь под пальмами Любовь под пальмами

Как отдохнуть, набраться сил и укрепить отношения в совместном отпуске

Добрые советы
Ловушка стереотипов: пять страхов, которые мешают зумерам строить карьеру Ловушка стереотипов: пять страхов, которые мешают зумерам строить карьеру

Как зумерам справиться с пятью страхами, связанными с трудоустройством

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
Ночные тайны Ночные тайны

Что скрывает ваш сад ночью, подскажет... фотокамера

КАНТРИ Русская азбука
Наш Май Наш Май

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

Наука и жизнь
Прокатят по деньгам Прокатят по деньгам

Как развивается и от чего зависит цена на сталь в России

Ведомости
10 самых засмотренных до дыр мультфильмов разных поколений 10 самых засмотренных до дыр мультфильмов разных поколений

Самые засмотренные мультфильмы за все время, разбитые по десятилетиям

Maxim
«Женитьба»: женское несчастье «Женитьба»: женское несчастье

Евгений Марчелли поставил в Театре Моссовета знаменитую пьесу Гоголя

Ведомости
Первоначально Юпитер был в 2 раза больше, чем сегодня Первоначально Юпитер был в 2 раза больше, чем сегодня

Магнитное поле юного Юпитера было в 50 раз больше, чем сейчас

ТехИнсайдер
10 продуктов для здоровья волос в пожилом возрасте 10 продуктов для здоровья волос в пожилом возрасте

Как связаны здоровье волос и продукты, которые вы едите?

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
Как работает институт многоженства и с чем сталкиваются женщины в таких семьях Как работает институт многоженства и с чем сталкиваются женщины в таких семьях

Почему женщины соглашаются становиться вторыми женами и какие риски несут

Forbes
«Ретро снова модно»: почему зумеры и миллениалы полюбили музыку Надежды Кадышевой «Ретро снова модно»: почему зумеры и миллениалы полюбили музыку Надежды Кадышевой

Что стоит за стремлением зумеров снять вирусный рилс с песней из детства?

Forbes
Формула мечты Формула мечты

Каким должен быть идеальный болид?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении