На сегодняшний день паралич, ампутация конечности и утрата коммуникативных навыков перестают быть приговором. Благодаря передовым достижениям в области нейроинтерфейсных технологий, пациенты получают возможность заново освоить утраченные способности в обход препятствий, возникших в организме. Редакция «ФармМедПрома» провела анализ достижений российских исследователей в контексте разработки и внедрения нейроинтерфейсов в медицинскую и реабилитационную практику.
Нейроинтерфейс — как это работает
Нейроинтерфейс – это инновационная технология, позволяющая перехватывать сигналы головного мозга и преобразовывать их в понятные компьютеру команды. Установка прямого взаимодействия между мозгом и компьютером открывает новые возможности для лечения неврологических заболеваний, реабилитации пациентов и восстановления утраченных вследствие травм и патологий функций организма.
Инновационная технология позволяет людям с парализованными или утраченными частями тела отправлять сигналы мышцам рук, ног, головы и всего организма в целом. Это достигается с помощью нейроимплантов, роботизированных протезов и целых экзоскелетов, которые выполняют функции отсутствующих конечностей и таких органов, как глаза или уши. Эти инновационные разработки открывают новые горизонты для восстановления двигательных и сенсорных возможностей человека, возвращая казалось бы утерянные радости жизни и улучшая ее качество.
В российской медицинской практике нейроинтерфейсы уже используются для лечения неврологических заболеваний, а также для реабилитации пациентов после инсультов и травм головного мозга. Проводится множество исследовательских проектов в области нейроинтерфейсов, например, разработка мозговых компьютерных интерфейсов (МКИ) и нейропротезов. В России существует даже специализированный отраслевой союз «Нейронет», развивающийся в рамках Национальной технологической инициативы и объединяющий профессионалов в этой области.
Ведущие российские разработки
НейроЧат
Пожалуй, одной из самых ярких разработок в этой области является «НейроЧат» – российский стартап, взявший своё начало в лаборатории нейрофизиологии и нейроинтерфейсов МГУ им. М.В Ломоносова.
Он предоставляет возможность людям с серьезными нарушениями речи и двигательных функций взаимодействовать с окружающим миром. С помощью анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и специального программного обеспечения NeuroChat распознает команды мозга и преобразует их в текст, чтобы пользователи могли выразить свои мысли и потребности.
Система позволяет не только коммуницировать с окружающими, но даже переписываться через СМС и мессенджеры, она также интегрирована с соцсетью ВКонтакте.
Нейроботикс
Компания «Нейроботикс» работает над моторной нейрореабилитацией для пациентов с нарушениями центральной нервной системы различного происхождения. За годы активных исследований был выпущен ряд ключевых продуктов:
- нейротренажеры для реабилитации различной специализации;
- моторизированная нейроколяска с возможностью управления движением;
- экзоскелет, который позволяет людям страдающим параличом или частичной атрофией мышц ног ходить по ровной поверхности, подниматься по ступеням, садиться и вставать;
- нейрогарнитура, предназначенная для восстановления психосоматического регулирования пациентов. Предназначена для улучшения понимания и контроля внутренних ментальных процессов.
iBrain
В рамках стартапа созданы нейроинтерфейсы для постинсультной реабилитации, а также для улучшения спортивных результатов с помощью искусственного интеллекта. Стартап движется в сторону освоения международного рынка.Так, продукты iBrain уже закупают организации в Германии и Израиле.
Один из векторов работы – создание решений для восстановления движений и повышения качества жизни людей, перенесших инсульт или черепно-мозговую травму. Так, был разработан нейрокомплекс, который предназначен восстановить подвижность у людей с нарушениями движений верхних конечностей. Этот комплекс включает в себя передовые методы и алгоритмы машинного обучения, которые обеспечивают быстрое распознавание сигналов головного мозга в реальном времени с использованием ЭЭГ (электроэнцефалографии).
Это дает возможность пациенту осуществлять движения посредством мысленного управления протезом или тренажером, поскольку при представлении движений в мыслях активируются те же участки мозга, что и при реальных движениях.
Сегодня активный интерес к их разработке проявляется в индустрии спорта, включая футбол, баскетбол, паралимпийские виды спорта и многие другие. Освоение и оттачивание новых спортивных приемов так же возможно благодаря механизму воображения движений. Планы компании включают использование нейрокомплекса в спортивных тренировках и соревнованиях. Это открывает новые горизонты для спортсменов и позволяет им достичь еще более высоких результатов.
Motorica
Ранее «ФармМедПром» рассказывал о компании «Motorica», занимающейся разработкой нейроинтерфейсов для протезов верхних конечностей. Их технологии позволяют пользователям управлять протезами с помощью мысленных команд, что упрощает адаптацию и повышает мобильность людей с ампутациями.
Помимо улучшения управления протезом, специалисты работают еще в одном передовом направлении. Так, система передачи ощущений через электроды позволит обладателю протеза получать ощущения от конечности.
В начале июня «Моторика» представила новые результаты, полученные в совместной работе с учеными из Сколтеха и Дальневосточного федерального университета. Благодаря модификациям в устройстве протеза, пациенты сумели на ощупь распознать размер предмета, получая электростимуляцию в области плеча. Это также обеспечило подавление фантомных болей у пациентов с ампутированными руками. Результаты нового исследования уже опубликованы в международном журнале Brain Stimulation.
В будущем специалисты компании планируют научить пациента различать через протез – горячий объект или холодный, а в дальнейшем – вплоть до всех привычных нам тактильных ощущений. Также идут аналогичные исследования в контексте протезов ног.
ВУЗы и исследовательские центры
Национальный исследовательский центр Курчатовский институт также внес значительный вклад в развитие нейроинтерфейсов. Одним из их проектов является разработка мозгового компьютерного интерфейса на основе нейроимплантов, который может применяться для восстановления двигательных функций парализованных людей.
Имплант может заменить собой поврежденный фрагмент спинного мозга, выполняя функцию соединения между поврежденными нейронными структурами, которые производят последовательность импульсов для каждого шага и обеспечивают правильную координацию движений.
Лаборатория нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ им. Ломоносова в настоящий момент занимается изучением механизмов психической активности мозга, таких как направленное внимание и воображение. Результатом этих исследований явился упомянутый ранее «НейроЧат».
Лаборатория продолжает активную научную работа в ключе исследования воображения человека. Существует связь представляемого пациентом движения и механизмами освоения его в реальной жизни. Этот механизм открывает перспективы создания тренажеров для восстановления движений.
Лаборатория медицинских нейроинтерфейсов и искусственного интеллекта для клинических приложений Высшей школы экономики создана в рамках проекта «Нейрокампус-2030». Главная цель работы лаборатории — это внедрение разработанных медицинских нейроинтерфейсов в клиническую практику.
Основные направления исследований — испытания новых подходов к диагностике и лечению эпилепсии, а также разработка систем для протезирования речевой функции, то есть создание «речевого протеза».
Предполагается, что активность мозга будет считываться при помощи электродов толщиной менее миллиметра, вставленных в необходимую зону черепа и обеспечивающих доступ к сигналам активности мозга. Такую имплантацию можно проводить даже под местным наркозом.
Исследователи из Научно-исследовательского технологического центра нейротехнологий Южного федерального университета (ЮФУ) разработали нейроинтерфейс, предназначенный для управления техникой при помощи мысли.
Эта разработка предназначена для помощи пациентам, утратившим реальную речь по причине инсульта, травм головы и позвоночника или других патологий, нарушающих вербальную функцию человека. Решение проблемы возникающей в таких ситуациях социальной изоляции пациента является приоритетом специалистов ЮФУ.
Ключевое преимущество подхода исследователей ЮФУ заключается в использовании нейросетевых алгоритмов и не требующего хирургического вмешательства метода регистрации электрической активности мозга.
Дальнейшие перспективы развития нейроинтерфейсов
Текущее состояние и перспективы развития нейроинтерфейсов в России свидетельствуют о значительном потенциале данного направления. Для дальнейшего успешного развития нейроинтерфейсов необходимо активное сотрудничество между учеными, разработчиками, врачами и государственными структурами, а также инвестиции в научные исследования и разработки.
Важно также уделить внимание законодательным и этическим аспектам применения нейроинтерфейсов, чтобы обеспечить их безопасное и эффективное использование в будущем.
Текст: Алёна Маслова
