Когда мысли становятся движением: как нейроинтерфейсы меняют медицину и жизнь
В начале XXI века человек все чаще становится не просто наблюдателем, а активным участником технологической революции. Среди достижений, способных изменить судьбы миллионов людей, особое место занимают нейроинтерфейсы — системы, связывающие мозг с внешними устройствами. Именно они стали центральной темой весенней Международной школы «Нейроинтерфейсы нового поколения», прошедшей в стенах НИУ ВШЭ.
Одним из главных событий школы стал круглый стол, посвященный применению нейроинтерфейсов в реабилитационной медицине и смежных областях. Мероприятие собрало экспертов из академической среды, практикующих нейрохирургов, нейрореабилитологов и представителей высокотехнологичного бизнеса.
Нейроинтерфейсы уже сегодня помогают пациентам, утратившим конечности или перенесшим инсульт, вновь обрести контроль над телом. Но, как отметила Галина Иванова, главный внештатный специалист Минздрава РФ по реабилитации, никакая технология не заменит человеческой воли. По ее словам, успех возможен лишь там, где пациент осознает цель как всего процесса реабилитации, так и конкретного упражнения: поднять чашку, обнять близкого, вернуться к любимому делу. Мотивация становится тем топливом, на котором работает сложная система нейротехнологичной помощи таким больным. Вопрос собственной высокой мотивации пациента поднимали и другие участники круглого стола.
Глава компании «Моторика» Андрей Давидюк не понаслышке знает, как создавать доступные технологии. Его команда производит протезы, которые слушаются мысли, и превращает фантастику в повседневность. Но за каждым успехом — десятки инженерных вызовов. Как сделать датчики надежными при дожде и потеющей коже? Как обеспечить точность в серийном производстве? Как создать устройство, которое будет не обузой, а продолжением тела?
Заведующий лабораторией математической нейробиологии обучения ИВНД и НФ РАН Павел Бобров рассказал о важности разработки сухих электродов: сегодня многие устройства требуют использования геля, что делает их неудобными для ежедневного применения. Ученые стремятся создать сенсоры, способные точно работать, не создавая лишнего дискомфорта. Это особенно важно, если речь идет о повседневной реабилитации вне клиники. Он также сообщил о технологии считывания активности мозга при помощи излучения в ближнем инфракрасном диапазоне как альтернативе использованию электрофизиологических сигналов.
Директор ООО «Медицинские компьютерные системы» Дмитрий Прилуцкий подчеркнул сложность разработки медицинских электродов, не требующих использования геля, отметив, что эти технологические проблемы требуют системного подхода и не могут быть решены быстро. Он отметил, что, хотя сухие электроды более удобны в использовании, их практическое применение сталкивается с рядом трудностей: дискомфортом при установке для пациента, зависимостью качества сигнала от влажности воздуха (что приводит к разным результатам в различных климатических зонах), а также необходимостью строгого соблюдения стандартов размещения на голове пациента. В качестве решения этих проблем он предложил сосредоточиться на разработке автоматических установщиков электродов и стандартизации самих электродов по диаметру и зон их крепления на черепе, что позволит повысить точность и стабильность получаемых данных при использовании нейроинтерфейсов в различных условиях эксплуатации. Дмитрий Прилуцкий также подробно остановился на особенностях работы современных ЭЭГ-аппаратов, указав, что, несмотря на повышенную надежность цифровых систем и удобство обработки данных, они обладают существенными недостатками — высоким энергопотреблением и слабой защитой от помех, что вынуждает специалистов продолжать применение гелевых электродов.
Гендиректор АО «Нейротренд» Наталья Галкина отметила: несмотря на активное развитие технологий нейроинтерфейсов, гелевые электроды по-прежнему остаются наиболее надежным решением для обеспечения качественного контакта с кожей пациента. По ее словам, современные альтернативы пока ограничиваются твердыми гелевыми электродами и сухими датчиками на неопреновых шапочках, что не решает всех проблем удобства и точности измерений. Она подчеркнула важность эргономичного дизайна носимых нейроустройств и необходимость сотрудничества инженеров с промышленными дизайнерами в создании комфортных и эстетичных решений. Она также обратила внимание на существенную разницу между требованиями к медицинскому оборудованию для пациентов и к потребительским гаджетам для здоровых людей, указав, что последние должны быть максимально компактными и удобными, например в формате умных часов. Наталья Галкина выразила обеспокоенность распространением на рынке низкокачественных ЭЭГ-устройств, не обеспечивающих необходимой точности измерений и способных дискредитировать саму идею нейроинтерфейсов у потребителей. Все это создает дополнительные барьеры для развития перспективных технологий и требует более строгого подхода к стандартизации и сертификации подобных устройств.
Руководитель группы нейроинтерфейсов Российского центра неврологии и нейронаук Роман Люкманов рассказал, что специалисты центра провели тысячи тренировок с использованием нейроинтерфейсов и еще в 2011 году доказали, что эта технология значительно усиливает эффект основной реабилитации. Однако ее изолированное применение без комплексного подхода, напротив, замедляет восстановление. Особое внимание врач также уделил проблеме мотивации: как только реабилитация перестает давать быстрый видимый результат, около 80% пациентов отказываются от процедур, переключаясь на стратегию адаптации к ограничениям, и лишь 15–20% продолжают лечение. Как правило, это люди с сильной волей: спортсмены, предприниматели, представители творческих профессий.
«Все ищут волшебную кнопку — мечтают, чтобы реабилитация проходила сама собой, даже во сне, — отметил невролог. — Но даже самый продвинутый экзоскелет не сдвинется с места, если сам пациент не включится в процесс. Нейроинтерфейс требует активного участия».
Отдельно он рассказал о перспективных для клинического применения технологиях на основе инфракрасной спектроскопии. Они удобнее традиционных методов — не требуют использования геля и мытья головы после процедуры, что расширяет возможности применения вне клиники. Главное же, они ускоряют реабилитацию: пациенты быстрее восстанавливают мелкую моторику, начинают самостоятельно есть, пить и ухаживать за собой.
Руководитель группы нейрокогнитивных интерфейсов МЭГ-центра МГППУ психофизиолог Сергей Шишкин рассказал о «движении без движения» — квазидвижениях, ментальных попытках пошевелить рукой или ногой. Даже когда мышцы не слушаются, мозг продолжает посылать сигналы, и эти сигналы можно использовать для управления экзоскелетами или интерфейсами. Таким образом пациент видит, что его усилия не напрасны, и это возвращает веру в выздоровление.
Ведущий научный сотрудник отделения неотложной нейрохирургии НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Михаил Синкин подчеркнул важность развития неинвазивных методов исследования мозга. Он отметил, что современные технологии локализации функционально важных зон мозга, разрабатываемые совместно врачами и учеными, позволяют получать точные данные о мозговой активности без потенциально опасной электрической стимуляции. Это особенно актуально для работы с детьми и пациентами с эпилепсией, для которых традиционные инвазивные методы представляют существенный дискомфорт и риск.
Михаил Синкин подробно остановился на преимуществах нового подхода, обеспечивающего безопасность пациентов и позволяющего нейрохирургам точнее настраивать интерфейсы, адаптируя их к индивидуальным особенностям каждого пациента. «Главное достоинство этой технологии — возможность многократных безболезненных исследований, что крайне важно для динамического наблюдения и корректировки лечения», — пояснил специалист. По его словам, данный метод открывает новые перспективы в персонализированной медицине, существенно расширяя диагностические возможности при полном отсутствии риска для пациентов.
Особое внимание было уделено междисциплинарному характеру разработки, где тесное сотрудничество клиницистов и исследователей позволяет создавать решения, оптимально сочетающие научную новизну и практическую применимость в реальных клинических условиях.
Заведующий лабораторией клеточной нейрофизиологии человека Федерального исследовательского центра химической физики РАН Алексей Седов рассказал о перспективах методов глубинной стимуляции мозга у пациентов с болезнью Паркинсона. Эти технологии стали современной альтернативой деструктивным вмешательствам и потерявшим эффективность фармакологическим воздействиям, поскольку позволяют обратимо воздействовать на конкретные участки коры головного мозга. Важное преимущество такого подхода — возможность корректировать или полностью прекращать стимуляцию при отсутствии эффекта или появлении побочных реакций, а также инициировать стимуляцию адаптивно в соответствии с поведением человека и, например, намерением выполнить движение.
Однако, отметил ученый, механизмы действия глубинной стимуляции до конца не изучены. Например, реакция разных участков мозга на идентичные воздействия может существенно отличаться. Кроме того, при некоторых заболеваниях положительный эффект проявляется лишь через несколько месяцев после начала терапии, что осложняет оценку эффективности метода и требует дальнейших исследований.
Директор лаборатории когнитивных систем искусственного интеллекта Института AIRI Александр Панов представил на круглом столе важные наблюдения о персонализированном подходе в нейронауках. Ученый подчеркнул, что у каждого пациента существует уникальный набор биомаркеров, позволяющий прогнозировать эпилептические приступы и другие патологические состояния.
Особый интерес вызвала высказанная им идея создания адаптивных моделей на основе данных пациентов. «Собрав достаточный массив информации по группе пациентов, мы можем разработать базовую модель, а затем адаптировать ее для конкретного человека с помощью методов обучения с подкреплением», — пояснил исследователь. Такой подход открывает новые перспективы для превентивной медицины и персонализированной терапии неврологических заболеваний.
Один из самых вдохновляющих сюжетов озвучил Андрей Давидюк. Речь о протезах с очувствлением, которые не только управляются мозгом, но и рассказывают человеку о внешнем мире. Размер, форма, текстура предмета — все это становится доступным через искусственную конечность. Некоторые пользователи, по его словам, уже воспринимают протез как часть себя.
Директор Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ Алексей Осадчий подвел итоги круглого стола: ключ к будущему — в сочетании науки, эмпатии и инженерного таланта. Неинвазивные интерфейсы, программы тренировок с учетом квазидвижений, персонализированные подходы и поддержка мотивации — все это не просто повышает качество жизни, но и возвращает людям ощущение себя.
Завершив дискуссию, участники круглого стола отправились на экскурсию по лабораториям Института когнитивных нейронаук Вышки, где познакомились с уникальным комплексом исследовательского оборудования. Особый интерес вызвали разработки Центра биоэлектрических интерфейсов, в частности технология мгновенной биологической обратной связи, а также система виртуальной реальности, в которой протезы рук управляются активностью мышц пациента, что позволяет научиться управлять протезом не дожидаясь его изготовления. Эта экскурсия наглядно продемонстрировала, как фундаментальные исследования трансформируются в практические технологические решения.
Вам также может быть интересно:
«У науки нет национальных границ»
Иностранные ученые успешно продолжают работу в лабораториях Вышки, сочетая фундаментальные и прикладные исследования, позволяющие достичь значимых результатов. О деятельности Лаборатории алгоритмов и технологий анализа сетевых структур в НИУ ВШЭ — Нижний Новгород новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с ее научным руководителем — профессором Паносом Пардалосом.
Ученые ВШЭ рассказали, как определить важные для речевой функции области мозга при операциях
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ провели школу по трактографии — методу, который позволяет «увидеть» важнейшие связи в мозге и помогает хирургам избежать повреждений критически важных для речевой функции областей во время операции. Участниками курса стали нейрохирурги и радиологи из Москвы и других регионов страны, интересующиеся методами предоперационного картирования речи.
«Огромное счастье — возможность обсудить свои научные идеи с заинтересованными людьми»
Созданная в нижегородском кампусе Вышки Международная лаборатория динамических систем и приложений ведет глубокие теоретические изыскания и прикладные исследования, среди которых изучение океанических волн, пересоединений солнечной короны, вулканических явлений и устойчивости судов. Ее ученые, за последние 5 лет выигравшие более 20 значимых научных грантов, активно сотрудничают с российскими и зарубежными коллегами из Китая, Испании, США, Великобритании, Бразилии и других стран. О работе лаборатории новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с ее заведующей, профессором Ольгой Починкой.
Лингвисты НИУ ВШЭ выяснили, как билингвы используют конструкции с числительными в русском языке
Исследователи ВШЭ выделили более 4000 примеров устной русской речи билингвов из семи регионов России и выяснили: большинство нестандартных форм в конструкциях с числительными связано не только с их родным языком, но и с тем, как часто выражение встречается в повседневной речи. Например, фразы «два часа» или «пять километров» почти всегда совпадают с литературным вариантом, а вот менее привычные выражения, особенно с числительными от двух до четырех, а также с собирательными формами вроде «двое» или «трое», часто звучат иначе. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Bilingualism.
Первый цифровой тест для оценки навыков чтения у взрослых доступен на RuStore
Центр языка и мозга НИУ ВШЭ разработал первый стандартизированный инструмент для оценки навыков чтения на русском языке у взрослых — тест «ЛексиМетр-В». Теперь он доступен в цифровом формате на платформе RuStore. Это приложение позволяет быстро и эффективно диагностировать нарушения чтения, включая дислексию, у людей в возрасте от 18 лет и старше.
Двадцать против десяти: в НИУ ВШЭ проанализировали, как развивались числительные у лезгинских народов
Считается, что в лезгинских языках Дагестана и Азербайджана изначально использовалась двадцатеричная система счета, а десятичная появилась позже. Однако новый анализ числительных в разных диалектах показал, проведенный лингвистом из НИУ ВШЭ Максимом Меленченко, что могло быть и наоборот: изначально использовался десятичный счет, а двадцатеричный появился позже. Исследование опубликовано в журнале Folia Linguistica.
Сервисы должны быть гибкими: как использовать искусственный интеллект государству
Международная лаборатория цифровой трансформации в государственном управлении НИУ ВШЭ провела круглый стол «Искусственный интеллект в государственном управлении: современные тенденции». Какие сервисы улучшит ИИ и что важно учитывать, применяя новые технологии, рассказали российские и зарубежные ученые.
Искусственный интеллект помогает точнее прогнозировать риски сложных заболеваний
Разработанные в Центре искусственного интеллекта НИУ ВШЭ нейросетевые модели значительно улучшают прогнозирование риска ожирения, диабета первого типа, псориаза и других многофакторных заболеваний. Совместное исследование с компанией Genotek показало, что алгоритмы глубокого обучения эффективнее традиционных методов, особенно при сложных взаимодействиях генов (эпистазах). Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Medicine.
Мозг детей с аутизмом иначе слышит мир
Международный коллектив исследователей при участии ученых из Центра языка и мозга НИУ ВШЭ впервые применил в одном эксперименте два метода — магнитоэнцефалографию и морфометрический анализ — для изучения детей с расстройствами аутического спектра. Оказалось, что мозг детей с аутизмом хуже справляется с фильтрацией и пониманием звуков, особенно в той части, которая обычно отвечает за речь. Исследование опубликовано в журнале Cerebral Cortex.
Искусственный интеллект может стать катализатором устойчивого развития
Искусственный интеллект трансформирует все сферы жизни, расширяя наши возможности и границы. В то же время технологии бросают человечеству новые вызовы, связанные с безопасностью, этикой и защитой окружающей среды. На сегодняшний день каждая нейросеть оставляет за собой большой углеродный след. Однако при грамотном управлении ИИ может принести пользу планете и стать залогом устойчивой экономики будущего. Об этом рассказал научный руководитель Лаборатории алгоритмов и технологий анализа сетевых структур НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде Панос Пардалос в рамках XXV Ясинской (Апрельской) международной научной конференции по проблемам развития экономики и общества.