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

Формула мечты Формула мечты

Каким должен быть идеальный болид?

ТехИнсайдер
Садовая диета Садовая диета

Как правильно обрабатывать отходы, чтобы пустить их на удобрения

КАНТРИ Русская азбука
Поворот не туда Поворот не туда

Какие районы Москвы в прошлом считались опасными?

Правила жизни
Игры по-новому Игры по-новому

Несколько небанальных развлечений, которые не дадут вам взгрустнуть на даче

КАНТРИ Русская азбука
«Эффективность ЭКО можно увеличить вдвое, если мужчина не останется в стороне» «Эффективность ЭКО можно увеличить вдвое, если мужчина не останется в стороне»

Как можно снизить количество попыток ЭКО при имеющихся ресурсах

Ведомости
Домашняя работа: как привести IT в ЖКХ в порядок Домашняя работа: как привести IT в ЖКХ в порядок

О том, что можно сделать с хаосом в жилищно-коммунальном IT

Forbes
Не работает тачпад на ноутбуке: причины и способы решения проблемы Не работает тачпад на ноутбуке: причины и способы решения проблемы

Что делать, если перестал работать тачпад на ноутбуке с Windows

CHIP
Нереальная любовь Нереальная любовь

Как и почему «эмоциональные» чат-боты стали заменять настоящих партнеров

РБК
Доктор ниндзя Доктор ниндзя

Жимба Данзанов уверен, что дожить до 120 лет реально уже сегодня

Afternoon Seasons of life
Билет туда-обратно Билет туда-обратно

1200 км без дозаправки — гибридный кроссовер Exlantix ET удивляет

Автопилот
Не потерять лицо Не потерять лицо

Впервые про пластическую хирургию я подумала довольно давно

Afternoon Seasons of life
Волна у нас дома Волна у нас дома

Что такое сёрфинг на искусственной волне

Новый очаг
Насколько вы терпеливый человек? Психологический тест для самопознания Насколько вы терпеливый человек? Психологический тест для самопознания

Выберите свечу и узнайте, насколько вы терпеливы

ТехИнсайдер
Плати меньше Плати меньше

10 законных способов сэкономить на оплате коммунальных услуг

Лиза
Билайн: Дорога в облака Билайн: Дорога в облака

Как «Билайн» развивает новую IT-платформу и модернизирует инфраструктуру

РБК
Выживут только хулиганы Выживут только хулиганы

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

Правила жизни
Рейтинг публикационной активности университетов Рейтинг публикационной активности университетов

Исследование публикационной активности университетов

Эксперт
Кодзима, Миядзаки, Уэда: 3 геймдизайнера-визионера Кодзима, Миядзаки, Уэда: 3 геймдизайнера-визионера

Разбираемся, кто задает тренды в гейм-индустрии

РБК
Вспомнить всех Вспомнить всех

15 лучших ролей в русских сериалах

Men Today
Курс на переработку Курс на переработку

Чем обусловлен интерес зарубежных стран к российской рыбной продукции?

Ведомости
Агата Кристи, вооруженные каскадеры и мощные моторы: как работала сирийская «дорога Нэрнов» Агата Кристи, вооруженные каскадеры и мощные моторы: как работала сирийская «дорога Нэрнов»

История создания автобусного маршрута от Бейрута до Багдада братьями Нэрнами

ТехИнсайдер
Американские врачи выполнили первую в мире пересадку мочевого пузыря Американские врачи выполнили первую в мире пересадку мочевого пузыря

Хирурги впервые в мире пересадили пациенту мочевой пузырь от мертвого донора

N+1
7 неверных установок 7 неверных установок

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

Лиза
Красота у аппарата Красота у аппарата

Что стало драйвером развития рынка косметологических услуг

Ведомости
Ландышевое дерево Ландышевое дерево

Ландышевое дерева, или халезия, — украшение майского сада

Наука и жизнь
Губительный пожар, которого не было Губительный пожар, которого не было

ЧП на АПЛ К-152: диверсия врага или трагедия из-за человеческого фактора?

Наука и техника
«Чистый хайп и маркетинг» «Чистый хайп и маркетинг»

Что такое мемкоин и можно ли на нем заработать

РБК
Вернуть по-хорошему Вернуть по-хорошему

Исторические диковинки других стран сейчас стали предметом споров в суде

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Нейросети в поисках персонала: как компании используют искусственный интеллект в рекрутинге уже сейчас Нейросети в поисках персонала: как компании используют искусственный интеллект в рекрутинге уже сейчас

Как рекрутеры используют нейросети — кейсы из России

ТехИнсайдер
Что делать, если угнали машину: полиция, страховая, кредиторы и эвакуаторы Что делать, если угнали машину: полиция, страховая, кредиторы и эвакуаторы

Памятка на случай, если кража автомобиля уже произошла и пора действовать

ТехИнсайдер
Открыть в приложении