6 апреля 2022 года в рамках спецсеминара «Время, хаос и математические проблемы» под руководством ректора МГУ академика В.А. Садовничего состоялся доклад профессора Сколковского института науки и технологий М.А. Лебедева по теме «Нейроинтерфейсы в науке и медицине».
Нейроинтерфейсы — это современная технология на стыке биологии, медицины, компьютерных наук, с помощью которой можно подключиться к мозгу, снимать с него информацию и декодировать ее. Они также способны посылать информацию в мозг, например, при помощи электрической стимуляции нервной ткани.
Говоря об истории научного интереса к познанию «черного ящика» мозговой деятельности, докладчик отметил, что если Лейбниц в Новое время испытывал серьезный пессимизм в отношении принципиальной возможности понимания сути и искусственного воспроизведения мыслительного процесса, то XX век в лице Тьюринга уже допускал создание думающих машин и даже предложил подходы к их созданию и тестированию. Отвечая на вопрос зачем нейроученые исследуют мозг, что их мотивирует, выступающий подчеркнул, что это проистекает из стремления выяснить, откуда берется наш внутренний мир, как, образно говоря, вода физического мозга превращается в вино сознания.
Имея дело с созданием и изучением работы интерфейса мозг – компьютер, осуществляя запись активности мозга, декодирование нейронных сигналов мозга, создатели нейроинтерфейсов сегодня занимаются принципами и методами, с помощью которых информация из нервной системы может использоваться для управления внешними устройствами, такими как протезы, коммуникационное оборудование, телеоператоры и даже компьютеры. В практическом смысле расширение знаний в этой сфере уже сегодня приносит значимые результаты в восстановлении двигательной и сенсорной функций, создании нейропротезов для людей с серьезными нарушениями опорно-двигательного аппарата. Уже более миллиона пациентов восстановили слух с помощью современных кохлеарных имплантов, тысячи людей с нарушениями зрения смогли восстановить его с помощью стимуляции коры сигналами, преобразующими картинку с видеокамеры. Это принципиально важно для реабилитации после травм и инсультов, когда в определенное временное окно можно воспользоваться возможностями восстановления двигательной функции, переобучить мозг правильно преобразовывать зрительную информацию в моторную в формате интерфейса зрительно-моторной трансформации.
По словам докладчика, бурное развитие технологии, начиная с первых экспериментов с мозгом крыс и обезьян в 1960-х годах, однако, выявило не только широкие возможности для применения технологии, но и четко обозначило проблему биосовместимости — самую интересную проблему в области создания нейроинтерфейсов, вынуждающую исследователей двигаться в сторону неинвазивных способов съема информации о параметрах работы мозга. Нерешенными на сегодняшний день остаются вопросы о том, как мозг обучается управлять работой нейроинтерфейса, есть ли более глубокие коды в активности нейронов — «азбука морзе» мозга.
Тем не менее, достигнутый в этой области прогресс позволяет успешно развивать понимание, как в зависимости от того, какие мысли возникают в мозге активируются различные зоны коры головного мозга, что важно для правильного декодирования, как инструкции движения распространяются и в такие глубокие структуры, как спинной мозг, который долгое время считался физиологами только проводником активности нейронов головного мозга.
Расширение фундаментальных знаний физиологии высшей нервной деятельности в сочетании с практическими приложениями технологии создания нейроинтерфейсов приведет к созданию технологии искусственных ощущений, когда в системе интерфейса мозг – машина – мозг электрической стимуляцией определенных зон коры головного мозга вызываются тактильные ощущения. Уже сегодня активно ведется работа над нейроинтерфейсом для обоняния, в том числе в качестве ответа на проблему аносмии (потери обоняния), в 11% случаев вызывающая ряд серьезных проблем у людей, перенесших COVID-19. Перспективой завтрашнего дня могут стать неинвазивные нейроинтерфейсы следующего поколения, работающие на съеме и декодировании с помощью алгоритмов искусственного интеллекта электроэнцефалограммы активности определенных участков головного мозга. Не менее важны и усилия в декодировании письма.
Состоявшееся обсуждение доклада также выявило ряд проблемных зон и соответствующих им возможностей качественного повышения эффективности технологии – слабости математического аппарата исследований, необходимости расширения числа параметров информации об активности головного мозга, понимание принципиальной невозможности до конца познать вселенную мозга с помощью современных и даже перспективных технологий.
