Голова — предмет темный и исследованию не подлежит… Для российских ученых фраза из фильма «Формула любви» — абсолютный миф. Им первым в мире удалось создать управляемую силой мысли экзокисть. Как поможет технология врачам и чем полезна пациентам?
Александр Каплан, психофизиолог, профессор кафедры физиологии человека и животных, завлабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, д. б. н.
Александр Фролов, разработчик роботизированной экзокисти, руководитель отдела нейрокомпьютерных интерфейсов НИИ трансляционной медицины РНИМУ им. Н. И. Пирогова, профессор
Молодой человек пристально смотрит в монитор компьютера, одновременно сжимая одну, затем другую руку. Со стороны кажется, что он увлекся компьютерной игрой. На самом деле он занят напряженной мыслительной деятельностью — его задача силой мысли заставить парализованную руку двигаться. Вполне вероятно, что после такой реабилитации он сможет держать предметы без посторонней помощи. Вчера это был научный прорыв. А сегодня — обычная клиническая практика. Нашим ученым первым в мире удалось создать управляемую силой мысли экзокисть для реабилитации больных с поражениями головного мозга. Прибор, который уже используется для тренировки двигательной активности после инсульта или тяжелых травм, был продемонстрирован на Всероссийской конференции в РНИМУ имени Н. И. Пирогова.
Образно говоря
Вам будет интересно:Ученые: найдены гены пристрастия к табаку и алкоголю
Вам будет интересно:Гены ВИЧ: к чему привело ученого желание избавить человечество от СПИДА
Управление мыслью, или телекинез, для нашего сознания вещь не новая. О подобных штуках мы читали у писателей-фантастов. Теперь и в мире современных медицинских технологий телекинез — абсолютная реальность. А называется она нейроинтерфейс. Выглядит эта научная разработка как резиновая шапочка для бассейна, плотно прилегающая к голове, опутанная проводами. Работает по интерфейсу «мозг — компьютер», который настраивается на выполнение определенных команд. «Суть технологии, которая называется «нейрокомпьютерный интерфейс», или «интерфейс — мозг — компьютер», найти такой подход, чтобы, не спрашивая человека ни о чем, догадаться о его намерениях, о его мыслях, — объясняет Александр Каплан. — Ведь теоретических знаний о намерениях человека, перенесшего инсульт, у нас нет. Но вот о некоторых образах, которые человек может создать у себя, действительно можно догадаться».
Работа для мозга
Вам будет интересно:Веселые новогодние конкурсы для старшеклассников
Знать или догадываться о том, какое движение представляет в своем мозгу человек, очень важно для медиков. Потому что оно само уже несет терапевтическую функцию для людей, у которых это движение необходимо восстанавливать. И ученые решили стимулировать мозг человека, чтобы тот стал воображать свои движения, которые необходимо выполнить. В результате такой тренировки запускаются сохраненные механизмы мозга, позволяющие взять функцию управления парализованной конечностью на себя. Но как сделать так, чтобы человек устойчиво представлял этот образ? Как помочь ему многократно представлять мысленно это движение? Такая, казалось бы, элементарная функция для обычных людей для инсультника — непростая задача: пациент утомляемся, образ тускнеет, и желание двигаться дальше просто пропадает. Зная эту проблему, ученые и придумали технологию, которая позволяет найти признаки этого воображения, этого движения у человека и показать, что этот признак есть… самому человеку. В двух словах суть технологии такова: с помощью электроэнцефалограммы распознается намерение человека сделать движение. Система передает управляющий сигнал на экзоскелет, который сжимает или разжимает парализованную конечность. Мозг получает обратную связь — и так постепенно возвращается функция управления конечностью. «Технологии нейрокомпьютерного интерфейса позволяют зарегистрировать признаки воображения конкретного образа и показать их человеку, — говорит Александр Каплан. — А так называемая обратная связь осуществляется посредством экзоскелета — механизма, который прикреплен к кисти руки. Как только человек начинает представлять, что он разгибает кисть, на экзоскелет тут же передается команда, и он срабатывает — человек ощущает, как сгибается его рука. Это движение он должен повторить многократно. Если он будет плохо соображать, рука не согнется. Поэтому появляется стимул для многократной тренировки мозга. В этом главный смысл технологии. Мало того что мы регистрируем образ, мы его подаем на понятный для человека результат — сгибание кисти. Таким образом развивается не столько сама рука, сколько мозг».
Превосходная технология
Вам будет интересно:Исследование: от чего чаще всего умирают российские мужчины
Реабилитация с помощью экзоскелета кисти может помочь в реабилитации пациентам с обширными травмами мозга, но в первую очередь, конечно, перенесшим инсульт. «У постинсультных больных прежде всего страдает как раз дистальная часть руки — кисть хуже всего восстанавливается, притом что именно в кисти сохраняется самый большой дефицит движения. «Поэтому тренировка кисти наиболее актуальна в реабилитации постинсультных больных, — говорит главный разработчик экзоскелета Александр Фролов. — Это такая же дополнительная методика восстановления, как ЛФК и массаж. Но у экзоскелета есть очевидное превосходство в том, что технология позволяет более интенсивно тренировать мысль. Воображать движение сложнее, чем совершать его, при этом активируются те же самые области мозга, что и при реальном движении».
Говорить по буквам
Другое направление современных нейротехнологий — это коммуникационный нейроинтерфейс. Парализованные люди не могут говорить, двигаться, но при этом когнитивно эти функции сохранны. Они все понимают, все слышат и, когда вы с ними разговариваете, хотели бы ответить, но не могут. Ситуация тяжелая. В эмоциональном плане это как одиночная камера — человек замкнут в себе, не может ничего сказать и попросить элементарную помощь. И вот тут просто необходимо осуществить коммуникацию. Важная особенность нейроинтерфейса в том, что он позволяет подключиться к мозгу напрямую и благодаря этому облегчить или кардинально изменить жизнь парализованных людей. Потому что несмотря на то, что все пациенты, для которых разрабатывалась технология нейроинтерфейса, практически не могут двигаться, разговаривать и писать, мозг их находится в рабочем состоянии. Использовать эту особенность мозга позволила технология, которая считывает намерения человека с помощью электродов, подключенных к мозгу. «Именно это мы и сделали в своей лаборатории, — раскрывает подробности профессор Александр Каплан. — Выглядит это так: на экране компьютера показывают человеку все буквы алфавита, каждая буква мигает со скоростью пять раз в секунду, и одновременно регистрируется энцефалограмма с кожной поверхности головы. С помощью компьютера на каждое подмигивание буквы мы видим маленькую реакцию человека — допустим, 36 символов — 36 реакций. И дальше нейрофизиологический фокус — если человек заинтересован в конкретной букве на экране, то реакция будет чуть-чуть другая. Все! Мы эту букву тут же печатаем на экране. Дальше он обращает внимание на другую букву, мы ее тоже ловим, и так можно напечатать целый текст. Мысленно! Но это же не телепатия, мысли передаются не просто так, каждый раз мы расшифровываем электрическую активность, потому что реакция на подсветку нужной буквы отличается от реакции на подсветку всех других букв. Это получается не очень быстро. Если обычный человек набирает 100 букв в минуту, то в такой технологии — 10 –12 всего. Но тяжелобольным пациентам этого достаточно, чтобы что-то сказать».
Сделать звонок другу
Реабилитация на основе нейротехнологий — большой проект, поддержанный Российским фондом национальной технологической инициативы. Разработчики экзоскелета из научной лаборатории довели лабораторную технологию до людей. «Я подумал так: если мы можем печатать одни буквы, можем решиться и на большее — пусть человек работает в Интернете, — говорит Александр Каплан. — И за последние три года мы создали новый продукт, который называется «нейрочат». Он позволяет набирать текст на экране компьютера, не используя речь или движения. Пользователь, концентрируясь на нужной букве или символе на виртуальной клавиатуре, осуществляет мысленный выбор объекта. Так, буква за буквой или выбирая готовые слова на экране, человек может печатать как короткие сообщения, так и целые предложения. На экране возникают не только буквы, но и иконки. Допустим, если иконка связана со звонком к другу и он ее выберет, идет звонок к другу, если вызвать медсестру — придет сестра. Мы сделали экран, на котором расположено 50 команд и разные способы общения. И дальше по договоренности с этим человеком можно все подсоединить так, как ему нравится. Допустим, на экране чашечка — и он выбирает ее, вероятно, хочет чашечку кофе. И какие-то прямые команды, например, подсоединиться к кровати с регулируемым наклоном и самостоятельно манипулировать ей. Получается такое автоматизированное больничное место. Человек не только коммуницирует, но и выполняет некоторые сервисные функции. В этом году мы сделаем 500 штук комплектов. Они представляют собой коробку, в которой есть гарнитура, которая может применяться в домашних условиях. Уже 20 пациентов имеют такие устройства на дому, 60 комплектов установлены в больницах. В рамках гранта они все бесплатные. В настоящее время изучаем, каким категориям пациентов нейрочаты подходят. Однозначно, что те люди, которые не могут самостоятельно мыслить, у которых рассеяно внимание, тоже смогут использовать эту технологию. Система уже запущена в серийное производство, ее стоимость может варьироваться в пределах одной тысячи долларов. Для ее домашнего применения потребуется только ноутбук, в который загружается программное обеспечение, и гарнитура».
Уже на практике
Врачи возлагают на нейроинтерфейсы большие надежды. Новые технологии могут помочь людям, которые не слышат, не видят и даже не могут двигаться. Вам все еще кажется это фантастикой в стиле братьев Стругацких? Тогда вспомните об изобретении американского врача Уильяма Хауса, который 1961 году создал слуховой аппарат и имплантировал его трем пациентам. Суть этого аппарата — преобразование внешних звуков в электросигналы, понятные мозгу. Тогда технология казалась чем-то запредельным. А сегодня современная версия этого имплантата уже помогала тысячам людей с проблемами слуха. Новые медицинские нейротехнологии, которые так необходимы тысячам больных, перенесших инсульт, уже прошли испытания и запущены в серийное производство. Несколько научно-клинических учреждений, в том числе ФГБНУ «Научный центр неврологии», ГБУЗ МО «Московский областной НИКИ им. М. Ф. Владимирского», КБ № 31 на практике подтвердили несомненные преимущества новой медицинской технологии. Похожие аппараты используют не только в России. Врачи Сингапура, Японии и Германии также применяют эту технологию. Однако у нашей экзокисти есть преимущество — она значительно дешевле, чем в других странах. Но по своим характеристикам нисколько не уступает зарубежным аналогам.
Результат есть!
Ученые-медики ФУ им. В. И. Вернадского в Крыму применили комплекс экзоскелета кисти в лечении детей с ДЦП. Технология уже дала поразительные результаты. У детей, прошедших реабилитацию с помощью нейротехнологии на экзоскелете, уже после десятидневной тренировки повышается концентрация внимания, способности к обучению, они осознанно двигают рукой и даже могут самостоятельно застегивать пуговицы, держать предметы. Это значительно улучшает и эмоциональный фон.
Источник