Нейроинтерфейсы – возможная перспектива для неврологических больных?

Как устроены нейроинтерфейсы

Существует два типа мозговых интерфейсов: инвазивные и неинвазивные. Инвазивные требуют установки нейроимплантов в определенные участки мозга. Неинвазивные представляют собой оборудование, которое можно снять и надеть. Чаще всего нейроинтерфейсы регистрируют нейронную активность при помощи ЭЭГ. Как правило, при неинвазивной записи используются движения частей тела, обширно представленных в сенсомоторной коре (и, следовательно, вызывающих более заметное изменение сигнала во время движения).

Суть работы нейроинтерфейсов заключается в обнаружении и оценке сигналов мозга, указывающих на намерения пользователя, и дальнейшем их переводе в режиме реального времени в команды устройства. Таким образом, система нейроинтерфейсов состоит из следующих компонентов:
 

• прием сигнала
• извлечение признака
• перевод признака
• вывод на устройства.

Эти компоненты управляются операционным протоколом, который определяет начало и время работы, детали обработки сигналов, характер команд устройства и контролирует производительность. Эффективный операционный протокол позволяет системе нейроинтерфейса быть гибкой и удовлетворить конкретные потребности каждого пользователя.

Область применения

Сегодня наиболее успешно применяются стимулирующие нейроинтерфейсы. К ним относится кохлеарный имплантат для восстановления слуха у слабослышащих и глубокий стимулятор мозга для облегчения симптомов болезни Паркинсона и дистонии. Другие нейроинтерфейсы записывают электрические потенциалы мозга для считывания текущей нейронной активности. Чаще всего это считывание используется для предсказания когнитивных намерений, двигательных планов или действий организма, для замены утраченной связи с внешним миром. Эта информация также может помочь в диагностике заболевания, травмы или быть использована для коррекции терапии.

Ряд неврологических расстройств отключает мозговую двигательную систему от мышц и приводит к различным степеням паралича. При этом у человека сохраняется способность планировать и воображать движения. К таким состояниям относится травма (например, травма спинного мозга), инсульты, которые прерывают нисходящие двигательные пути. Наиболее разрушительным является инсульт моста, который может вызвать синдром “запертого человека”. Также к таким заболеваниям относят дегенеративные расстройства. Например, боковой амиотрофический склероз (болезнь Лу Герига), при котором происходит постепенное умирание альфа-моторных нейронов (и, вероятно, церебральных нейронов). Церебральный паралич, мышечная дистрофия и ампутация конечностей также могут привести к неспособности выполнять произвольные действия. В каждом из указанных случаев мышечный контроль со стороны мозга теряется, в то время как мозговые механизмы, генерирующие намерения движения, могут оставаться относительно неповрежденными.

Нейроинтерфейсы могут напрямую передавать двигательные команды от мозга к вспомогательным средствам для восстановления контроля и независимости у людей с параличом. Примерами вспомогательных средств могут быть любые устройства: простой переключатель, компьютерный курсор, робот или протез. Нейронные сигналы также могут быть использованы для восстановления связи мозга с мышцами посредством функциональной электрической стимуляции (ФЭС). С помощью источника нейронных команд система ФЭС может позволить намерениям движения снова производить движения рук.