Психофізіолог Олександр Каплан про нейроінтерфейси, функціонуванні кіберпротезов і управлінні зовнішніми виконавчими пристроями
Кіберпротези - це продукт кількох дисциплін: медицини, нейрофізіології, інженерії та програмування. Це протези нового покоління, в які вбудовані механізми автоматичного управління, адже, коли людина переставляє ногу при ходьбі, він не думає про те, яка сукупна робота по перенесенню ступні, зміни її нахилу в циклі кроку, синхронного зміни кута згинання в коліні і так далі . Все перераховане - це автоматичні механізми.
На сьогоднішній день найкраще, що може дозволити собі більшість інвалідів, які втратили, наприклад, ногу від коліна, - це прикріплений до культі стегна вертикальний стрижень з приєднаною внизу на шарнірі горизонтальною планкою, що замінює ступню. Проблема таких механічних протезів полягає в тому, що людина замість ноги отримує механічний упор, який зусиллям залишилися м'язів переносить в циклі кроку. Кіберпротез, оснащений рушіями і акумулятором, - це фактично самостійно крокує нога. Щільно приєднаний до культі протез не тільки вимагатиме менше зусиль при ходьбі, але зробить рух людини більш природним і зручним. При цьому темп, розмір кроку і інші параметри руху можуть бути підігнані для конкретного користувача.
Однак навіть точно налаштований протез, що дозволяє людині без палички і милиць з легкістю ходити по рівній поверхні, не впорається, якщо буде потрібно йти сходами або повернути в ту чи іншу сторону. Для кожного нового режиму руху свої настройки. Перемикання режимів руху протеза вже не може бути автоматичним, так як намір змінити рух народжується в голові у людини, кіберпротезу про це не може бути відомо.
Таким чином, вчинені кіберпротези при всіх своїх автоматичних механізмах повинні ще мати систему управління безпосередньо від мозку, хоча б для перемикання режимів. На щастя, до теперішнього часу розроблена спеціальна технологія - інтерфейс «мозок - комп'ютер», що дозволяє на основі реєстрації біопотенціалів мозку зчитувати найпростіші команди людини (наліво-направо, вперед-назад і так далі). Перетворені в сигнали для механізмів протеза, вони дозволяють перемикати режими його активності. Таким чином, людина може прямо по ходу руху природним чином, тобто уявними командами, регулювати режими протеза в залежності від характеру місцевості і мети свого руху, не використовуючи для цього якісь додаткові пульти управління.
У розшифровці уявних команд немає ніякої містики. Попередньо людині пропонується багато разів подумки відтворювати потрібні руху, при цьому алгоритмічні системи розпізнавання образів знаходять відповідність між цими намірами і певними ознаками в електричної активності його мозку. Натреновані таким чином алгоритми надалі, вже при вільному прояві намірів людини по ходу руху, з хорошою надійністю детектируют ознаки того чи іншого наміри в корекції руху, які тут же транслюються до протезу як команди для перемикання його автоматики в потрібний режим: рух вгору по сходах , поворот направо і так далі. Такі ж принципи управління закладаються і в кіберпротези верхніх кінцівок. Наприклад, в протези кисті вбудовуються 5-6 моторчиков, які добре керують пальцями. На ринку вже є кіберпротези кисті з керуванням їх режимами, хоча поки не від мозку, але від самих решти на кінцівки м'язів.
Перспективи використання технології нейроінтерфейси
Повнофункціональні кіберпротези ще не зроблені, але в багатьох лабораторіях світу, в тому числі і в нашій, вже йде дослідницька робота в цьому напрямку.
Що стосується самої технології реєстрації електричної активності мозку, то вона взята з медицини і в даний час дуже практична: на голову накладається декілька датчиків, надівається спеціальна шапочка з вбудованими в неї кількома сенсорами биопотенциалов, які з'єднані з тут же розташованим процесорним пристроєм, розшифровувати ці біопотенціали і передає команди для виконавчих пристроїв.
Звичайно, є перспективи використання таких технологій «уявного» управління автоматикою не тільки для пацієнтів, які втратили кінцівку. Можна, наприклад, винести таке управління за тіло людини: управляти зовнішніми виконавчими пристроями. Можливо, це буде хорошим рішенням для різних сфер цивільної і військової індустрії, наприклад для віддаленого управління різного роду кібернетичними пристроями - від маніпуляторів до роботів.
Кіберпротези можуть замінювати не тільки втрачені кінцівки. Всім відомо, що вже багато десятиліть при деяких складних хірургічних операціях доводиться зупиняти серце. В цей час до людини підключають фактично протез серця, який в ході операції виконує його функцію - перекачує кров. Однак мало хто називає кіберпротезом цей апарат штучного комплексу «серця - легкі», тому що за габаритами він скоріше нагадує шафу, ніж саме серце. У цьому проблема - зробити подібні комплекси малогабаритними, що вбудовуються прямо в організм. Це стосується не тільки серця, а й будь-яких інших органів: печінки, нирок, підшлункової залози та інших. Мені видається, що наука і технології вже дуже близько підійшли до того, щоб створити компактні протези внутрішніх органів. І вже практично усунені основні труднощі створення штучних схем управління цими органами безпосередньо від мозку на основі технології інтерфейсів «мозок - комп'ютер».
Винятком в цьому русі до протезування органів є, швидше за все, сам мозок, тому що мозок - це інформаційно-аналітичне пристрій. У ньому зберігається пам'ять, навички, маса інформації, фактично наші знання про світ. Якою б досконалою не була електроніка штучного Кібермозку, в нього не вдасться перенести досвід життя окремої людини. Це не кібернетична нога, яка не вимагає перенесення в неї пам'яті природної ноги для виконання опорної функції. Тому тотальне протезування мозку людини, швидше за все, неможливо. Хіба що протезування піддадуться окремі ділянки мозку, дуже обмежені в розмірах і по виконуваної функції.
Якщо ви хочете дізнатися більше про основні питання, пов'язані з сучасними нейротехнологій і розшифровкою мозкової активності, записуйтеся на інтенсив Олександра Каплана «нейроінтерфейси: нові технології контакту з мозком». який відбудеться 14 травня в Академії ПостНаукі.
доктор біологічних наук, психофізіолог, професор кафедри фізіології людини і тварин, завідувач лабораторією нейрофізіології і нейроінтерфейси на біологічному факультеті МГУ ім. М.В.Ломоносова