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

Встречают по одежке? Встречают по одежке?

Что скрывается за этикеткой бутылки и как дизайн влияет на восприятие продукта

РБК
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
Маурицио Каттелан Маурицио Каттелан

Правила жизни художника Маурицио Каттелана

Правила жизни
Просто добавь воды Просто добавь воды

Химики предложили новый способ стабилизации наночастиц оксида железа

Наука и жизнь
Братья Либа Братья Либа

Творчество братьев Либа разноцветной палитрой бушует между двумя точками

Afternoon Seasons of life
С легким паром! С легким паром!

Дача без русской бани на участке — это скорее нонсенс

КАНТРИ Русская азбука
«Страсть в стоге сена» «Страсть в стоге сена»

Как «Тихий Дон» ругала и хвалила советская, эмигрантская и западная критика

Weekend
Опальная молекула: почему высокий уровень холестерина считают угрозой для здоровья Опальная молекула: почему высокий уровень холестерина считают угрозой для здоровья

Холестерин: какую роль он играет в организме и почему вокруг него одни скандалы?

Forbes
Время титанов Время титанов

Ма Яньсун — архитектор, который умеет так же хорошо строить, как и мечтать

Weekend
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
Красная-красная смесь. Гидросистемы летательных аппаратов Красная-красная смесь. Гидросистемы летательных аппаратов

Как устроены гидросистемы в авиации — от цвета до принципов работы

Наука и техника
ПИФы навели на цель ПИФы навели на цель

В борьбе за инвесторов компании запускают нишевые и экзотические фонды

Монокль
«Женитьба»: женское несчастье «Женитьба»: женское несчастье

Евгений Марчелли поставил в Театре Моссовета знаменитую пьесу Гоголя

Ведомости
Золотые линии кинцуги Золотые линии кинцуги

Моя кульминационная точка «случилась» в день, когда мне исполнилось 50

Afternoon Seasons of life
Расчеты на будущее Расчеты на будущее

Какие новые технологии вычислений придут на смену классическим компьютерам

РБК
Пути к вершинам: 5 самых необычных канатных дорог в мире Пути к вершинам: 5 самых необычных канатных дорог в мире

Самые впечатляющие подъемники, от которых захватывает дух

ТехИнсайдер
Как благотворительность помешала Биллу Гейтсу стать первым в мире триллионером Как благотворительность помешала Биллу Гейтсу стать первым в мире триллионером

Почему Билл Гейтс мог стать богаче Маска втрое?

Forbes
Табаковы Табаковы

Олег Табаков — мэтр сцены, голос Матроскина и учитель великих актеров

Караван историй
Идем по циклу Идем по циклу

Что в менструальном цикле считается нормой, а когда требуется внимание

Лиза
Тарифная суматоха Трампа Тарифная суматоха Трампа

Координаты пространства конфликта, разгоревшегося в международной торговле

Монокль
Как избежать срывов во время диеты Как избежать срывов во время диеты

Ты с энтузиазмом начала диету, но сорвалась! Как не повторять подобное дальше?

Лиза
Романтика в большом городе Романтика в большом городе

Психология любви в условиях вечной спешки

Лиза
VisionLabs внедрила систему распознавания дипфейков в банках четырех стран VisionLabs внедрила систему распознавания дипфейков в банках четырех стран

VisionLabs внедрил систему обнаружения дипфейков в банки России

Forbes
Прямо с куста Прямо с куста

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

КАНТРИ Русская азбука
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
Напитки с плюсом Напитки с плюсом

Почему растет рынок функциональных продуктов

Агроинвестор
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
Правила цветочного короля Правила цветочного короля

Цветочный король Борис Горкунов — о правилах ведения бизнеса

Монокль
Валерий Федоров: Запрос на качественный анализ растет, но не удовлетворяется Валерий Федоров: Запрос на качественный анализ растет, но не удовлетворяется

На каких направлениях сосредоточился ВЦИОМ и что станет с опросами населения

Ведомости
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
Открыть в приложении