Мозг-компьютер"
Специалисты биомедицинского кластера фонда «Сколково» обсуждали с коллегами из США перспективные разработки в сфере управления экзоскелетом и киберпротезами импульсами мозга. Этой теме был посвящен круглый стол «Интерфейс-Мозг-Компьютер», модератором которого выступили директор НИИ нейрохирургии им. Бурденко академик Александр Потапов и профессор Александр Каплан.
Во встрече принимали участие эксперты профильных институтов и клиник России и США. А лекцию об эволюции технологий прочитал профессор Школы медицины Кека в Университете Южной Калифорнии Чарльз Лью.
Первые компьютерные интерфейсы с вживленными в мозг электродами разрабатывались в американском университете Дьюка. Опыты проводились на обезьянах. На данный момент было уже несколько операций и на людях.
Основная тема научных работ Лью — именно создание интерфейсов «мозг-компьютер» для человека, которые обеспечивают распознавание нейронных импульсов техническими устройствами. Это можно использовать для управления протезами волей и желанием, а не напряжением мышц. Ноу-хау состоит в знании в какой именно участок мозга подключать электроды и в том, как интерпретировать полученные сигналы.
Профессор Лью применяет эту технологию на практике. В мае школа Кека объявила об успешном эксперименте: парализованный после ранения Эрик Сорто смог с помощью волевых импульсов управлять протезной конструкцией. В частности, он совершал четкие действия протезом.
Отличительная особенность работы Лью – подключение электронной матрицы не к моторной коре головного мозга, а в заднюю теменную область, где, по предположению ученых, возникают двигательные намерения. В итоге Сорто смог управлять киберрукой, просто пожелав взять предмет. Эта работа была напечатана в научном журнале Science.
Следующий этап работы, по словам Лью, — это моделирование ощущений от управления искусственными конечностями и экзоскелетами. «Возможность осязать через протез не менее важна для больного, чем умение брать предметы. И еще не известно, что тот предпочтет, если поставить его перед выбором», — говорит профессор.
Новая парадигма познания
Команда Александра Каплана сейчас работает над прототипами экзоскелетных конструкций для постинсультной реабилитации, которые могут быть неинвазивно подключены к головному мозгу пациента. Пока традиционная механика подобных конструкций не позволяет им реагировать на импульсы головного мозга, то есть они работают по принципу заводных механизмов. Объединение экзоскелета с нейрокомпьютерным интерфейсом позволяет сделать конструкцию гораздо более эффективной, ведь при восстановлении после инсульта чрезвычайно важно синхронизировать намерение пациента сделать движение конечностью непосредственно с движением конечности при помощи экзоскелетной конструкции.
«Наша задача — соединить нейрокомпьютерную систему с экзоскелетной конструкцией, понять, какие параметры экзоскелета нужно корректировать силой намерения пользователя, создать этот биотехнический комплекс и адаптировать его для реальных пациентов», — объясняет Каплан.
То есть, с помощью технологии расшифровки электрической активности мозга модуль обнаруживает намерение пациента выполнить движение парализованной конечностью. Формируется команда для экзоскелетной конструкции, которая перемещает соответствующую конечность, например, сжимает кисть в кулак или, наоборот, разжимает пальцы. Сейчас система способна регистрировать и расшифровывать намерения человека совершить то или иное движение на уровне мировых стандартов, с очень высокой надежностью — 85-90%, говорит Каплан.
Другой вариант подключения экзоскелета — оптический контакт с мозгом на основе регистрации излучений мембран нервных клеток с помощью оптоволоконных приборов. «Это позволит расшифровывать намерения человека не только к крупным движениям целой конечности, но и к движениям, например, отдельных пальцев конечностей. Практическим результатом этих работ будут не только новые возможности в области разработки высокопроизводительных нейрокомпьютерных интерфейсов, но и новая парадигма познания механизмов мозга», — уверен Каплан.
«Инновационные технологии в разработках российских и американских нейрохирургов, ученых биологов, нейрофизиологов, реабилитологов создают надежную платформу для дальнейшего развития нейронаук», — говорит Юлия Гуленкова, возглавляющая направление «Медицинские изделия, ИТ в здравоохранении» биомедицинского кластера фонда «Сколково».
Каплан осторожен в прогнозах. «Я бы сказал, что мы находимся на половине, а то и на одной трети пути», — заметил он.