В нашем городе с лекциями, проводимыми национальной сетью аспирантур «БиоН», побывал Вадим Никулин, один из ведущих специалистов мира по изучению мозга человека.
На научном языке Вадим – электрофизиолог, человек, который изучает электрические потенциалы и магнитные поля, связанные с активацией мозга. Вадим жил и учился в Петербурге, звание доктора наук получил в Хельсинском Университете, а сейчас работает в Германии ведущим научным сотрудником в Берлинском Медицинском Институте Шарите.
Как рассказал «МР» Вадим, ученые мира уже вплотную подошли к созданию систем, где с помощью электродов и специальных усилителей, можно регистрировать активность мозга и использовать ее дальше для формирования команд самым разным устройствам – от компьютерного курсора до автомобиля.
Основной целью ученых пока является создание удобных систем «общения» для больных утративших возможность совершать движение, например вследствие инсультов или травм позвоночника.
«Когда мы думаем, воспринимаем свет, звук - в мозге происходит нейрональная активация огромного количества нейронов, соединенных между собой. Такая активация связана с протеканием слабых токов через мембраны нейронов, что в свою очередь связано с возникновением электрических потенциалов и магнитных полей» - объясняет Вадим.
Мозг-компьютер-интерфейс
Для того, чтобы регистрировать нейрональную активацию, существует специальное оборудование. Одним из наиболее распространенных методов регистрации электрических потенциалов является электроэнцефалография (ЭЭГ).
На голову испытуемого одевается специальная шапочка, к которой крепятся электроды с проводами. Процедура регистрации безопасна и безболезненна.
Первые системы имели только несколько электродов – сегодня можно использовать до 256-ти электродов. «Это дает нам возможность сказать, какие нейрональные процессы протекают в разных участках мозга, то есть лучше понимать, как работает человеческий мозг, причем без хирургического вмешательства» - говорит Вадим.
На основе этих знаний ученые в разных институтах мира создают системы, имеющее общее название «Мозг – компьютер – интерфейс» (МКИ).
«Мы не можем читать мысли, но можем различать реакции нейронов, соответствующие достаточно простым моторным командам. К примеру МКИ может определить активации, относящиеся к воображаемым движениям правой или левой руки. Такие активации могут быть затем связаны с движением курсора на экране вправо или влево. В свою очередь определенное движение курсора может сигнализировать «хочу пить», «хочу есть» - то есть, позволит больному с потерей речи взаимодействовать с окружающими людьми.
Прототипы подобных системы уже работают в некоторых лабораториях. Так немецкий ученый Нильс Бирбаумэр показал, что полностью парализованные больные были способны использовать МКИ для общения.
В Швейцарии под руководством профессора Жозе Миллана создана система, где человек, не двигаясь, управляет инвалидным креслом, подавая команды мыслью, нейрональные процессы которой считываются с помощью МКИ.
Конечно, все эти технологии пока не используются в широкой практике даже в самых лучших клиниках Европы. Новые методы МКИ вначале тестируются на здоровых людях.
Шапка-невидимка
Вадим Никулин в своей лаборатории в клиническом комплексе Шарите в Германии разработал принципиально новые системы электродов. С их помощью некрасивые шапочки с массой электродов и проводов могут уйти в прошлое.
«Родственникам парализованных больных может быть трудно видеть близкого человека в такой уродливой шапочке. Да и кровоснабжение ухудшается в силу давления на скальп» - объясняет ученый.
Вадим разработал электроды, которые человек не чувствует, они почти невидимы, так как толщина провода составляет всего 50 микрометров, а сами электроды - 2 миллиметра в диаметре. При таком размере шапочка не нужна, электроды держатся за счет электропроводного геля.
Такой фиксации достаточно, чтобы держать электрод. Подобная технология может сделать систему «Мозг-компьютер-интерфейс» полезной для самых разных областей человеческой деятельности.
От игр до автомобиля
«Мозг-компьютер-интерфейс» уже широко используется в игровой индустрии. Существуют приставки, позволяющие управлять персонажем с помощью простых энцефалографов, состоящих из 1-3 электродов.
Первая игра с портативным энцефалографом - Mindflex от американской компании Mattel. Официальные продажи новинки вне США стартовали 1 ноября 2009 года.
Цель игры – установить баланс мячика в воздухе. Шарик поднимает поток воздуха, генерируемый спрятанным в игрушке вентилятором. Мощность воздуходувки как раз регулируется мыслями: больше сосредоточенности — выше подъём.
«Был создан прототип управления автомобилем будущего. То есть, не надо даже крутить руль руками, машина управляется с помощью МКИ. Такие эксперименты уже проводились в Германии, но машина пока едет не быстро» - продолжает Вадим.
«В перспективе могут быть также созданы системы для контроля уровня бодрствования человека. К примеру для диспетчеров в аэропорту. Как мы можем знать, когда человеку надо просто сделать перерыв, расслабиться, выпить кофе, чтобы избежать ошибок в работе? Человек иногда сам не понимает, что в следующую минуту может задремать. Если же мы наклеиваем на определенную область головы буквально 3 электрода, то можем увидеть, когда у человека наблюдается снижение уровня бодрствования. Появится, допустим, звуковой или световой сигнал. Человек таким образом будет знать, что нужно сделать перерыв» - говорит Вадим.
В нашей стране система «Мозг-компьютер-интерфейс» существует к примеру, в Москве, в лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов (ННКИ) биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Ее создал профессор, руководитель этой лаборатории Александр Каплан. Система позволяет управлять курсором компьютера и игрушечными автомобилями.
На очереди – магнитные поля
Есть альтернативная методика изучения активности мозга – магнитная энцефалография, которая позволяет регистрировать магнитные поля, связанные с нейрональными токами. Череп и скальп не ослабляют магнитное поле, соответственно качество сигналов, регистрируемых с магнитной энцефалографией гораздо лучше, чем у ЭЭГ.
«Но это пока очень дорогая методика. В России есть только один центр в Москве. Но магнитная энцефалография – прогрессивная методика, у которой большое будущее» - говорит Вадим.
