Нейроинтерфейсы: простые математические модели, дающие практический результат

6 апреля в Фундаментальной библиотеке МГУ прошел традиционный спецсеминар ректора МГУ, академика РАН Виктора Садовничего. В этот раз с докладом на тему «Нейроинтерфейсы в науке и медицине» выступил Михаил Альбертович Лебедев, профессор Сколковского института науки и технологий.

Нейроинтерфейсы — устройства, с помощью которых можно подключиться к мозгу, снимать данные и декодировать их. Они также способны посылать информацию в мозг при помощи электрической стимуляции нервной ткани, что сегодня активно вводят в медицинскую среду, особенно в реабилитационные практики. Михаил Лебедев рассказал об истории развития нейроинтерфейсов от простейших экспериментов к полноценным исследованиям, которые уже дали свои плоды:

«В настоящий момент уже предложено огромное количество нейроинтерфейсов, включая тот, который управляет протезами рук и экзоскелетом. Это позволяет человеку, который парализован, коммуницировать с внешним миром посредством набора слов на компьютере. Даже предлагаются интерфейсы, которые позволят человеку водить машину. И футуристическая тема – интерфейс, который объединяет мозг нескольких человек, где мозг одного человека может напрямую общаться с мозгом другого человека».

Михаил Лебедев пояснил, что есть инвазивные и неинвазивные нейроинтерфейсы. Первые используют электроды, имплантированные в мозг, вторые – основываются, в первую очередь, на таком методе, как электроэнцефалография (на фотографиях прибор выглядит как шапочка с проводами). Докладчик также отметил, что инвазивные методы, в отличие от неинвазивных, дают хороший сигнал без помех и шумов, но имеют свои недостатки, например, проблемы инкапсуляции (зарастания) и биосовместимости.

Профессор, академик РАН Михаил Петрович Кирпичников попросил дать небольшой прогноз о будущем преимуществе и недостатках инвазивного и неинвазивного подходов. В ответ Михаил Лебедев рассказал о развиваемом новом способе доставки электродов в мозг:

«До недавнего времени казалось, что инвазивные интерфейсы – это наше будущее, поскольку они позволяют записывать сигнал высокого качества. Технология развивается бурно, улучшаются материалы и можно представить, что мы вставим тончайшие электроды в мозг, которые ему не повредят […] Но произошло развитие интерфейсов, которые проникают в мозг совершенно другим образом – через кровеносное русло. Чем хорош такой подход? Мы фактически не проникаем в мозг, но такой электрод может хорошо записывать активность мозга. В идеале можно заполнить мозг такими электродами, и они не будут ему вредить, а, наоборот, помогут во многих случаях, потому что расширят кровеносный сосуд и даже продлят жизнь».

Электрод, вживляемый в мозг инвазивным путем

Успехов в области применения нейроинтерфейсов в работе с людьми удалось достичь лишь после долгих исследований деятельности приматов. В ходе экспериментов было доказано, что обезьяна может управлять механической или виртуальной рукой при помощи нейроинтерфейса, а также воспринимать тактильные ощущения при взаимодействии этой руки с предметами. Михаил Лебедев привел не только те исследования, в которых он принимал участие лично, но и рассказал о достижениях зарубежных коллег. Обезьяны научились выполнять хватательные движения, а затем управлять с помощью мысли роботами, которые имитируют руки, движение ног и навигацию в тележке.

Академик РАН Игорь Анатольевич Соколов отметил, что ученые пытаются смоделировать сложную систему работы головного мозга посредством простых математических моделей, что выглядит парадоксальным, но все присутствующие согласились, что, несмотря на недостаточную изученность мозга и пока еще простые математические модели, работа дает реальные результаты. Такие исследования ведут к развитию нейроинтерфейсов для реабилитации после инсульта или спинномозговой травмы. Ожидается разработка новых видов нейропротезов и расширение знаний о функциях мозга:

«Нейроинтерфейсы вносят, кроме практического вклада, большой вклад в наше понимание того, как работает мозг. Создавая нейроинтерфейс, мы вторгаемся в работу мозга и берем на себя задачу дополнить мозг и создать искусственные части для мозга. Часто это не получается, что означает, что мы не понимаем то, с чем мы работаем. Но когда мы создаем то, что работает, это означает, что мы приблизились к пониманию мозга, что и является нашей задачей».

Перспективы разработок

С полной записью лекции можно ознакомиться по ссылке.

Фото на странице: Максим Блинов / РИА Новости