Компьютерно-мозговой интерфейс: действия силой мысли

Исследователи из университета Вашингтона продемонстрировали, что при использовании технологии, называемой компьютерно-мозговым интерфейсом, мозг ведёт себя так же, как при выполнении простейших двигательных операций, вроде удара по мячу, печати или взмаха руками.

Навык управлять протезами конечностей может стать второй натурой для парализованных людей.

«В этих задачах к совершенствованию ведёт постоянная практика», считает профессор компьютерных наук Раджеш Рао (Rajesh Rao). «Поначалу требуются большие усилия когнитивных способностей мозга, но с практикой и ростом навыка нужда в их напряжении становится всё меньше».

Рао и его коллега Джеффри Кьюманн (Jeffrey Ojemann), профессор нейробиологической хирургии, совместно с докторантом Джеремией Вондером (Jeremiah Wander) 10 июня опубликовали результаты своей работы в журнале «Труды национальной академии наук» (Proceedings of the National Academy of Sciences).

В этом исследовании семь человек с тяжёлой эпилепсией были госпитализированы для процедуры мониторинга, целью которой было установление источников припадков. Для этого врачам пришлось просверлить череп и поместить крошечный лист электродов прямо на поверхность мозга. Поступающие на электроды сигналы записывались и изучались.

Пациентов просили подвигать курсором мыши на экране монитора, используя для этого только свои мысли. Электроды улавливали генерируемые при этом сигналы, посылали их на усилитель, затем на ноутбук для анализа. В течение сорока миллисекунд компьютер вычислял намерения пациента, закодированные в сигнале мозга, и обновлял положение курсора на экране.

Медики установили, что при выполнении подобной задачи значительная часть активности мозга сфокусирована в префронтальной коре, области, отвечающей за получение новых знаний и навыков. После всего десяти минут фронтальная мозговая активность уменьшалась и сигналы превращались в такие же, какие наблюдаются при автоматическом выполнении привычных действий.

«Теперь мы обладаем маркером мозга, который показывает, что пациент выучил свою задачу», поясняет Кьюманн. «Как только сигнал ослабевает до определённой степени, процесс усвоения можно считать завершённым».

Хотя исследователи уже демонстрировали успешное использование компьютерно-мозгового интерфейса в опытах с обезьянами и людьми, это первый опыт с маркировкой неврологических сигналов мозга. Исследователи не ожидали, что в этом процессе задействовано столько участков мозга.

«Мы получили масштабную картину того, что происходит мозге при изучении им той или иной задачи», говорит Рао. «Неожиданным результатом стало то, что даже при небольшом количестве затронутых электродами клеток мозга его работа активирует множество различных участков, не вовлечённых непосредственно в выполняемую работу».

Разработаны и протестированы были несколько типов интерфейса. Наименее инвазивным является устройство, помещаемое на голову и улавливающее слабые сигналы мозговой активности. Есть также разработка коммерческого продукта для игровых приставок; она пока не слишком надёжна по той причине, что моргание глаз и другие движения мышц производят сигналы-помехи.

Более инвазивная альтернатива представляет собой электроды, помещаемые хирургическим путём в ткани мозга для записи активности индивидуальных нейронов. Исследователи из университета Брауна и Питтсбурга проверили его работу на пациентах, утративших способность двигать конечностями. С помощью интерфейса они смогли научиться использовать протезы благодаря мыслительной активности.

Команда из университета Вашингтона, как уже было упомянуто, тестировала устройство с электродами, помещёнными на поверхность мозга. Это дало возможность записывать сигналы на более высоких частотах и с меньшими помехами, чем по сравнению с внешним прибором. Будущее беспроводное устройство сможет дольше находиться внутри головы, передавая наружу контролирующий сигнал.

«Наша работа призвана стать ещё одним шагом на пути усовершенствования устройств, облегчающих жизнь людям с параличом. Исследуя реакцию мозга при обучении работе с ними, в будущем можно создать ещё более удобные и функциональные модели».

medbe.ru