Мозг на ручном управлении: как российские ученые придумали экзокисть, которой можно управлять силой мысли
Клетки человеческого мозга восстанавливаются, искусственный интеллект через ЭЭГ может прочитать наши мысли, а интерфейс мозг-компьютер позволяет преобразовать мысли в действия. Сложив все эти факты, ученые из университета Пирогова, создали уникальную технологию, которая помогает больным после инсульта и детям с ДЦП восстановить двигательные функции кистей рук.
Надо просто захотеть
Принцип работы экзокисти прост: пациент садится напротив монитора, надевает экзокисть (перчатку с датчиками) на поврежденную руку, а на голову – шапочку, которая считывает энцефалограмму. Все, что ему нужно сделать – захотеть подвигать рукой. Захотеть – то есть представить образ, который ИИ считает как желание согнуть и разогнуть кисть. Самый популярный образ – кружка с чаем, которую нужно взять в руку.
Когда человек представляет, будто пытается взять кружку, – экзокисть сжимается вместе с рукой, давая понять мозгу, что теперь сигналом к движению руки будет этот образ. Так мозг привыкает к сигналу, и через несколько занятий пациент уже может сжимать и разжимать кисть без помощи робота.
«Изначально технология задумывалась, как разработка для реабилитации пациентов после инсульта или опухолей мозга, — рассказывает Денис Ребриков, проректор по научной работе РНИМУ им. Пирогова, доктор биологический наук. — То есть, когда у человека сохранная конечность (кисть), но потеряно управление ею. Чаще всего мы видим подобную проблему после инсульта, когда в результате поражения участка коры головного мозга человек теряет навыки, полученные в ходе детского развития».
Человеческий мозг очень четко сегментирован: в одной части лежит память, в другой – зрение, в третьей – речь, в четвертой – механизм управления кистями и стопами. Если какая-то часть повреждена, и информация оттуда пропала, то и навык пропал вместе с ней. Благодаря экзокисти есть шанс вернуть управление конечностями.
По сути, ученые записывают в мозг новую информацию: она помогает взрослому человеку восстановить механизм, которым он овладел еще в младенчестве.
«Мы уже точно знаем, что пластичность человеческого мозга очень высока даже во взрослом возрасте. Миф о том, что нервные клетки не восстанавливаются давно развеян. Но речь даже не про их восстановление, а про то, что клеток у нас очень много, природа выдала их нам с огромным запасом, – говорит Денис Ребриков. – Если вернуться к компьютерной аналогии, то у нас в голове диск на 100 терабайт, а информации туда надо записать всего на 1 терабайт. Вопрос только в том, где взять эту информацию. Ведь она же была изначально сгенерирована самим человеком, когда он был ребенком. Основная проблема в том, что взрослый человек теряет навык такого программирования. Оказалось, технологии на основе биологической обратной связи существенно ускоряют процесс создания в мозгу нейросетей, позволяющих заново научиться двигать рукой за счёт функционирования сохранной части мозга. Нам нужно было лишь подключить механизм, связывающий нейроны с движением конечностей. Так и была придумана экзокисть».
С интерфейсом в голове
В основе разработки лежит технология — интерфейс «мозг-компьютер» (ИМК). Известно, что клетки нашего мозга общаются между собой посредством электрических импульсов. Благодаря этому мы можем, приложив к поверхности кожи на голове человека любой металлический проводник, зарегистрировать слабые колебания электромагнитного поля — то, что стало называться электроэнцефалограммой, или ЭЭГ. Электроэнцефалография — очень удобный метод исследований, своего рода «окошко», через которое мы можем заглянуть внутрь мозга. ЭЭГ используется в медицине в качестве одного из инструментов диагностики болезней.