Мозг подключили к компьютеру через вену
Фото: Thomas Oxley et al. / Journal of NeuroInterventional Surgery, 2020.
Австралийские ученые успешно протестировали нейрокомпьютерный интерфейс, не требующий имплантации электродов в кору головного мозга: для этого они ввели нитиноловую нить с электродами в венозный коллектор в область моторной коры головного мозга двух пациентов с боковым амиотрофическим склерозом. После непродолжительного (до трех месяцев) обучения пациенты научились бесконтактно управлять курсором, вводить текст на компьютере и справляться с онлайн-покупками и отправкой электронной почты, пишут ученые в Journal of NeuroInterventional Surgery.
При параличе конечностей самым эффективным способом частичного восстановления функций сейчас считается использование нейрокомпьютерных интерфейсов: они позволяют считывать активность нетронутых отделов коры головного мозга и использовать ее для управления, например, курсором на экране компьютера. Их установка, однако, часто требует инвазивного вмешательства: для имплантации электродов в мозг приходится прибегать к трепанации черепа.
Менее инвазивный способ добраться до моторной коры головного мозга в 2016 году придумали исследователи под руководством Томаса Оксли (Thomas Oxley) из Мельбурнского университета: они создали маленький нитевидный каскад электродов на нитиноловом (сплав никеля и титана) каркасе, который можно вводить в кровеносные сосуды и отправлять к коре головного мозга. Тогда устройство опробовали на овце: с помощью него удалось зарегистрировать активность моторных нейронов ее мозга.
Сейчас группа под руководством Оксли решила протестировать электроды в качестве нейрокомпьютерного интерфейса на двух пациентах с боковым амиотрофическим склерозом: из-за болезни их верхние конечности оказались полностью парализованными. Пациентам под общей анестезией ввели электроды в верхний саггитальный синус (венозный коллектор в области моторной коры) через яремную вену, которая находится в области шеи.
Устройство вместе с айтрекером подключили к компьютеру: с помощью движений глаз пациенты могли перемещать курсор по экрану, а с помощью электродов — управлять им. Участников просили представлять, как они нажимают на кнопку мыши одним или двумя пальцами: активность моторной коры, которая появлялась при представлении действий, регистрировалась имплантированными в вену электродами — и сигнал затем использовался для управления компьютером.
Через пару месяцев после имплантации и обучения пациенты начали самостоятельно управляться с интерфейсом: в результате первому пациенту удалось научиться печатать на компьютере со скоростью в 13 символов в минуту (точность — 92 процента), а второй научился выводить 20 символов в минуту с точностью в 93 процента. Каждый участник освоил не только стандартные нажатия на экран, но и нажатия правой кнопкой мыши, а также приближение. Помимо ввода текста участники с помощью интерфейса справились с онлайн-покупками и отправкой писем. Всего обучение заняло 86 дней у первого пациента и 71 день у второго.
Таким образом, исследователи впервые показали эффективность менее инвазивного способа управления нейрокомпьютерным интерфейсом. Разумеется, говорить о широком использовании устройства пока что рано: в частности, авторы отметили, что интерфейс необходимо протестировать на больших выборках, в особенности — чтобы убедиться в том, что устройство полностью безопасно.
Стоит отметить, что у современных нейрокомпьютерных интерфейсов все же много технических ограничений: зачастую алгоритмы, которые используются для трансляции активности в сигнал управления, неточны и неуниверсальны (что, впрочем, не мешает им справляться с простыми действиями — вроде управления курсором). Еще одну проблему в феврале этого года обнаружили китайские разработчики: они выяснили, что обмануть интерфейс ввода текста можно едва заметными колебаниями сигнала.
