Нейроинтерфейсы: что за "жучки"?

Нейроинтерфейсы, также известные как нейрокомпьютерные интерфейсы, представляют собой специализированные устройства и передовые технологии, позволяющие наладить непосредственную коммуникацию между центральной нервной системой живого существа (человека или животного) и внешними объектами — преимущественно компьютерами либо другой электронной аппаратурой. Эти системы служат посредниками между сигналами, производимыми головным мозгом, и инструкциями, передаваемыми технике.

Главная задача нейроинтерфейсов состоит в переводе биоэлектрической активности мозга в инструкции, воспринимаемые оборудованием, и наоборот. Такая технология способна значительно расширить возможности человеческого организма, что позволит управлять различными приборами силой мысли.

Классификация нейроинтерфейсов

Существуют две ключевые категории этих устройств:

1. Инвазивные нейроинтерфейсы.

Инвазивный тип предполагает хирургическое введение микроэлектродов прямо в ткани мозга. Благодаря этому достигается высокая степень точности считывания сигналов, однако процедура сопряжена с определенными медицинскими рисками и сложностью внедрения. Например, компания Neuralink, основанная Илоном Маском, активно разрабатывает имплантируемые чипы, способствующие восстановлению утраченных функций мозга. Уже проведены успешные эксперименты с животными, демонстрирующие возможность управления роботизированными конечностями посредством мысленных команд. Однако подобные процедуры требуют тщательной подготовки и серьезного медицинского контроля.

2. Неинвазивные нейроинтерфейсы.

Такие устройства крепятся на поверхность головы или применяются вне тела пациента. Они основываются на методах регистрации электрических полей мозга, таких как электроэнцефалография (ЭЭГ) или магнитоэнцефалография (МЭГ). Современные исследования также используют функциональные магнитно-резонансные томографы (ФМРТ) для визуализации изменений активности отдельных зон мозга. Несмотря на меньшую чувствительность, этот класс интерфейсов отличается простотой использования и отсутствием рисков повреждения организма. Ярким примером служит разработка канадской компании InteraXon, создавшей гарнитуру Muse, позволяющую пользователям контролировать стресс и концентрацию внимания через ЭЭГ-анализ.

Практические области применения нейроинтерфейсов

Технология находит применение в различных сферах человеческой деятельности:

• управление бионическими протезами: нейроинтерфейсы позволяют людям с ампутированными конечностями эффективно взаимодействовать с искусственными руками и ногами, воспроизводящими моторику настоящих органов. Известный пример — проект «ЭкзоАтлет», российский стартап, специализирующийся на разработке экзоскелетов, управляемых мыслью. Проект успешно применяет ЭЭГ-интерфейсы для восстановления двигательных способностей пациентов после травм спинного мозга;
• помощь пациентам с нарушением речи: интерфейсы помогают общаться парализованным больным или лицам с болезнями, ограничивающими речь. Исследователи Стэнфордского университета разработали систему, распознающую сигналы мозга и выводящую письменную речь практически мгновенно. Эта система позволяет пострадавшим от инсульта восстанавливать коммуникативные способности;
• игровая индустрия: игровые нейроинтерфейсы становятся популярными среди геймеров, предоставляя новый уровень погружения и управления игрой исключительно мыслительными усилиями. Так, устройство Emotiv EPOC используется для отслеживания эмоциональных состояний игрока и адаптации игрового процесса в зависимости от реакции мозга;
• обучение новым профессиональным навыкам: через прямые воздействия на мозг возможно ускоренное освоение сложных компетенций. Ученые NASA проводили эксперименты, показавшие эффективность тренировочных сессий с использованием нейростимуляторов, помогающих пилотам быстрее осваивать сложные технические операции.

Таким образом, развитие нейроинтерфейсов открывает огромные перспективы для улучшения качества жизни инвалидов, расширения границ человеческих возможностей и повышения продуктивности во взаимодействии человека с окружающим миром и технологическими системами.

Источники:

Musk, I., et al. (2020). An integrated brain–machine interface platform with thousands of channels. Journal of Medical Internet Research, Vol. 22(8).

Thakur, P.H.S., et al. (2017). Noninvasive Brain Stimulation for Stroke Recovery: A Systematic Review. Neurorehabilitation & Neural Repair.

Компания ЭкзоАтлет. Официальный сайт: exoathlete.ru.

Nuyujukian, P., et al. (2019). High-performance communication by people with paralysis using an intracortical brain-computer interface. The New England Journal of Medicine.

Jansen, B.J., et al. (2018). EEG-Based Gaming Interfaces: Applications and Challenges. Frontiers in Human Neuroscience.

Kaptchuk, T.J., et al. (2016). Cognitive Training via Transcranial Direct Current Stimulation Improves Flight Simulator Performance. Human Factors.