Поиск - новости науки и техники

Алгоритм возрождения

Нейротехнологии помогают больным вернуться к активной жизни

Известный нейрофизиолог, профессор МГУ Александр ­КАПЛАН в конце лета вернулся из Сочи. В образовательном центре «Сириус» он читал лекции одаренным школьникам 9-11 классов – там проходил финал соревнований научно-исследовательских проектов по нейротехнологиям. Ребята выполнили их за одну смену – примерно за три недели – под руководством аспирантов-наставников и представили жюри.
– Я вошел в его состав и скажу, что все проекты были вполне осмысленными, – рассказывает Александр Яковлевич. – Особенно мне понравился симпатичный робот: коробочка с ручками и ножками, а вместо головы – смартфон с личиком на дисплее. Робот выполняет команду, и впечатление такое, будто он эмоционально на нее реагирует, – выражение «лица» меняется, он, скажем, приятно улыбается. Думаю, у разработки есть хорошие перспективы, ведь роботы должны быть дружелюбны.
Рассказывал ребятам о нейрофизиологии и нейротехнологиях, ответил на массу очень толковых вопросов. Больше всего финалистов интересовала технология интерфейсов «мозг – компьютер» и как с ее помощью подключиться к мозгу. Познакомил их с нашими последними исследованиями. В конце прошлого года моя лаборатория нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов на биофаке МГУ закончила работу по гранту Национальной технологической инициативы (НТИ), предоставленному для создания нейрокоммуникационного комплекса «НейроЧат». За три года мы создали не только саму технологию для замещения коммуникации у пациентов после инсульта, но и разработали все необходимое техническое обеспечение: прецизионный электроэнцефалограф, гарнитуру, электроды и т.д. С помощью «НейроЧата» люди с нарушениями движений и речи могут набирать тексты на экране компьютера, отдавая команды мысленно.

Внешне процедура выглядит очень просто: на голову пациента надевают шапочку с встроенными электродами. К ней крепят усилитель – авторский электроэнцефалограф, размером немногим больше спичечного коробка. Он принимает и обрабатывает сигналы электрической активности мозга (ЭЭГ) и через Wi-Fi передает на компьютер. На его мониторе быстро (5-6 раз в секунду) по очереди подсвечиваются буквы алфавита и знаки препинания (всего 36 элементов). Понятно, что в ЭЭГ легко обнаружить реакции человека на подсветку каждого символа, но отклик на нужный несколько отличается от остальных.
Теперь дело за авторскими алгоритмами – они позволяют быстро выделить реакцию на подсветку нужной буквы и напечатать ее на экране. Так, переводя внимание с одной буквы на другую, больной набирает текст, не прикасаясь к клавиатуре. В итоге в 95 случаях из 100 буквы определяются точно.
– Пациент для этого концентрируется, напрягает волю?
– Ему надо только наблюдать за подсветками искомой буквы, не отвлекаясь на другие. Но требуется предварительная калибровка алгоритма. Для этого человеку многократно указывают на разные буквы, чтобы он держал их в поле зрения. Так алгоритм за 5-6 минут обучается различать реакции ЭЭГ на подсветки нужных (в данный момент) и ненужных букв. Если репетиция прошла успешно, то эксперимент удается с первого раза. И на второй-третий день результат достигает 95%.
Мы отрегулировали скорость подмигивания букв алфавита, сделали их освещение более контрастным. Перепробовали 14 версий конструкций шапочки, чтобы больным в ней было удобно. Долго совершенствовали усилитель – его сделал таганрогский завод медицинской техники «Медиком» – пока не нашли оптимальный вариант.
– Все больные способны освоить ваш метод?
– Мы провели специальное исследование в реабилитационном центре «Преодоление» и Центре нейрореабилитации и патологии речи в Москве и убедились, что подавляющее число пациентов, а их более ста, в той или иной степени осваивает технологию «НейроЧат». Условие всего одно: человек должен быть, как мы говорим, когнитивно сохранен, то есть понимать задание исследователя, и чтобы его эмоциональный фон этому бы способствовал. Если пациент находится в депрессивном состоянии и его мотивация на нуле, то с ним придется работать дополнительно. Но если не махнул на себя рукой и стремится понять, что мы ему предлагаем, перед ним открываются необыкновенные возможности коммуникации. Он не только в силах, скажем, обратиться с просьбой к персоналу больницы, но и сможет написать родным и знакомым, выбрав среди подмигивающих адресов нужный ему в данный момент. С помощью подсветки различных команд, обозначенных на экране компьютера, научится сохранять свои письма, вести дневник, пользоваться Сетью. Эти люди выходят из изоляции, восстанавливают связи с друзьями и родственниками и становятся социально активными. Понятно, что успехи будут разные, так как не бывает похожих инсультов (это зависит от того, какая зона мозга повреждена). Мы протестировали более 100 пациентов, переживших инсульт, чтобы выяснить, кому из них технология «НейроЧат» подходит, а для кого представляет серьезные трудности. Пока анализируем полученные результаты, чтобы затем изложить в обстоятельной статье.
Возможности «НейроЧата» продемонстрировали на международном уровне. В рамках сотрудничества с Калифорнийским технологическим институтом и Медицинской школой Университета Южной Калифорнии в начале 2018 года в реабилитационном центре в Лос-Анджелесе две пациентки с тяжелыми формами ДЦП согласились протестировать возможность общения с больными с затруднениями речи из реабилитационного центра в Москве. Набор текста с помощью мысли был для них был, как выход в космос. Они переписывались минут 10-15 короткими фразами типа: «Ты правда из Москвы?», «Я в шоке!» и т.д.
Конечно, того же эффекта можно было достичь, находись эти люди не по обе стороны океана, а в разных комнатах, но, признаюсь, мы пошли на эту пиар-акцию, чтобы заявить о российских достижениях. Удачный контакт пациентов из двух стран американские неврологи назвали первым «трансконтинентальным мостом», созданным на основе нейротехнологий. В кулуарах американцы шутили, мол, президенты наших стран – люди здоровые, но никак не могут договориться, а пациенты с ДЦП и нейротравмами свободно общались через океан. Вот бы политикам такую находку! И еще один позитивный момент. Больным подобные наукоемкие технологии закреплять очень трудно (да и долго), а благодаря «мосту» американцы теперь знают, что научный приоритет в этой области принадлежит ученым Московского университета.
– В мозге человека, вы говорили, 86 миллиардов нейронов, и они постоянно общаются друг с другом. Как из этого хаоса выделить нужную реакцию?
– Действительно, с расположенных на поверхности кожи электродов мы получаем отголоски электрической активности сразу сотен тысяч нервных клеток. Попробуй «выловить» их специфическую реакцию на подсветку нужной человеку буквы! Это все равно что собрать на площади полмиллиона человек и с помощью подвешенных над толпой восьми микрофонов (столько электродов крепится в шапочке) подслушать разговор нескольких конкретных людей. Неудивительно, что создание алгоритмов для расшифровки ЭЭГ-сигналов требует немалых усилий и глубоких знаний о работе механизмов мозга. И все же нам удалось найти в ЭЭГ-сигнале компоненты, максимально нагруженные информацией о фокусировании внимания человека на той или иной букве. Создание таких алгоритмов сопряжено с многократным тестированием их работы с участием испытуемых. В общей сложности только в рамках гранта НТИ были выполнены несколько тысяч тестирований здоровых испытуемых-добровольцев и пациентов. Основные наши научные и технические находки опубликованы в ведущих научных журналах в России и за рубежом.
– Отклики на новый метод уже есть?
– Да, в рамках гранта НТИ сделаны 500 комплексов. Почти 400 из них распределены между пользователями по назначению врачей в разных городах РФ, причем бесплатно. Вроде бы довольны и больные, и врачи. По их отзывам, в некоторых случаях тренировки на «НейроЧате» дают и реабилитационный эффект, то есть помимо замещения коммуникации наблюдается еще и улучшение речи пациентов. Они начинают выговаривать слова, быстрее их подыскивают и т.д. Но к изучению этих эффектов мы только приступаем.
Понятно, что это явление требует отдельного обширного исследования, и мы подбираем пациентов с так называемыми сенсорными афазиями, когда они не различают звуки речи или их письменные обозначения, выстраиваем новую систему подачи символов для получения реакций ЭЭГ. Как в детских кубиках, вместе с буквами помещаем на экран картинки-объекты, названия которых начинаются с нужной буквы. Скажем, буква «а» – и тут же арбуз. Посмотрим, помогут ли им наши нейроинтерфейсные технологии.
– Первая партия устройств распространяется бесплатно, а дальше?
– Помимо государственного гранта НТИ в разработку нашей технологии вложилась частная компания «НейроЧат». Поэтому новые партии комплексов будут продаваться ориентировочно по цене порядка 120 тысяч рублей – с пожизненной гарантией на поддержку приборов.
– Не все пенсионеры осилят такую сумму.
– Дешевле компании делать сложно – прибыль и так заложена минимальная. Думаю, на помощь пациентам должно прийти государство и освоить выпуск устройств. Спонсирует же оно приобретение пациентами лекарств, изготовление протезов и др. Ведь дело того стоит: применение технологии «НейроЧат» существенно расширяет сферу самообслуживания пациентов и тем самым снижает затраты на медицинский персонал и, возможно, ускорит реабилитационный процесс.

Юрий ДРИЗЕ

Фото предоставлено А.Капланом

Нет комментариев