Нейротехнологии: сложнее, эффективнее, незаметнее

Пятый раз в Самаре прошла конференция “Нейронтерфейс: наука и практика”, которая собрала ученых из разных стран, ведущих свои исследования в сфере нейротехнологий. Организаторы мероприятия - Самарский государственный медицинский университет и компания IT-Universe. Конференция включена в перечень мероприятий Министерства здравоохранения РФ и аккредитована в системе непрерывного медицинского образования.
 
Нейротехнологии - это не только самая амбициозная область науки, но уже целая отрасль, которая поражает своими масштабами. В ней сформировались свои лидеры и рынки, научные и производственные кластеры.
 
На первой конференции, прошедшей в 2015-м г., были представлены впечатляющие разработки. Участники конференции смогли увидеть презентации, в которых макака-резус управляет роботом-аватаром вшестеро крупнее себя (обезьяна находилась в США, робот — в Японии), а лабораторные крысы, с подмененными зрительными ощущениями, видели инфракрасные лучи, животные, соединённые массивами электродов, решали общую задачу, а системы погружной виртуальной реальности, позволяли исследовать физиологию человека в экстремальных условиях. Но также были озвучены и проблемы, стоящие перед учеными. Во-первых, интерпретация сигналов от нейронов затруднена шумовой активностью других нейрональных групп, а их запись – задержкой сигнала. Во-вторых, мозг смещается в черепной коробке, а электроды остаются неподвижными, повреждая ткани мозга.
 
В-третьих, сложнейший персонализированный подход к каждому пациенту и длительная калибровка интерфейса: мозг – компьютер (ИМК) под каждого пользователя.
 
В-четвертых, клинические исследования затруднены из-за низкой выживаемости и высокой дифференцированности нейронов, что делает практически невозможной пересадку донорских тканей мозга и проведение инжиниринга по функциональной интеграции донорской нервной ткани.
 
Но уже на пятой конференции было представлено много исследований, начинающих решать эти проблемы. Новые ИМК дополнили системы искусственного интеллекта и продвинутые портативные устройства записи и декодирования сигналов мозговой активности, новые робототехнические устройства. Также ИМК поумнели благодаря появлению больших вычислительных мощностей. Вырос уровень концептуальных решений и знаний об активности мозга, расширилась база открытых источников новейшей информации. Эксперты также отметили, что оборудование, которое раньше было доступно только в лабораториях, вышло на рынок и может использоваться в домашних условиях. Возросла и креативность ученых. Предел результативности ИМК преодолевается созданием новых парадигм и комбинаций технологий.
 
О работе с ментальными образами рассказал Фабьен Лотте (INRIA, Франция). Его доклад был посвящен моделированию и оптимизации обучения пользователей ИМК. “Работа с ИМК – это навык, которому нужно обучаться, поэтому мы создаём программы подготовки, чтобы парализованный человек мог управлять движением тела или роботизированного устройства”, - отметил ученый. Команда исследователей создает модель процесса обучения с учетом типа личности и памяти, состояния человека и готовности к взаимодействию с технологиями. На основе психологических тестов создается профиль пользователя.
 
О применении мультисенсорных реактивных и пассивных ИМК в робототехнике, управлении VR/AR и диагностике деменции рассказал Томаш Рутковски (RIKEN AIP/ Университет Токио, Япония). В своей лекции он сделал обзор последних достижений в выявлении ранних проявлений деменции. Интересные разработки ученый также представил в сфере применения тактильных ИМК. Человек, лежащий в постели, фокусируясь на движении пальцев и стимуляции соответствующих сенсоров, мог управлять движущимся роботом. Развитие системы исследователь видит в объединении тактильных и слуховых форм управления с дополненной реальностью.
 
Задача найти новые сферы применения ИМК поставлена командой из НИЦ "Курчатовский институт". Доклад на эту тему представил Сергей Шишкин. Исследование заключалось в совместном использовании движения глаз, ЭЭГ и МЭГ для преобразования намерений в действия. Ученые использовали ответ ИМК на короткую фиксацию взгляда. Главная проблема эксперимента в том, что глаза постоянно в движении, и кратковременная фиксация часто даёт ложнопозитивные срабатывания. Пациенты взаимодействовали с устройством, которое преобразует взгляд в действие. В ходе эксперимента ученые создавали модель, которая бы отсекала ложные срабатывания и работала с максимальной устойчивостью.
 
Сурьо Сокадар (Университет Тюбингена/Шаритэ - Медицинский университет Берлина, Германия) рассказал о клинических применениях ИМК и о технологиях, появившихся на рынке. На помощь исследователям приходят новые оптически накачиваемые магнитометры, сенсоры, использующие магнитные поля, интеллектуальные роботы, распознающие контекст, например, фрукты и лицо пользователя. Пациенту нужно лишь сосредоточиться на предмете или желании совершить действие.
 
Торстен Цандер из Берлинского технологического института (Германия) 15 лет работает над применением ИМК для людей без инвалидности. В частности, были рассмотрены примеры использования ИМК для управления летательным аппаратом и участия в разработке кабины пилотов для самолетов будущего с управлением силой мысли. Также разработчики участвовали в проектировании автомобиля будущего, общающегося с водителем и реагирующего на дорожную ситуацию для японской компании.
 
Вадим Никулин (Институт Макса Планка, Германия) много работал над базовыми и прикладными аспектами нейротехнологий. Он рассказал о применении ИМК при инсульте, болезни Паркинсона, эссенциальном треморе, шизофрении и депрессии. Также ученый рассказал процессах распространения информации в нейронных сетях и как различные виды нейроактивности развиваются во времени.
 
О прагматических и философских аспектах ИМК рассказал Александр Каплан (МГУ, Россия). “Мир изменился и требования к умственной деятельности значительно возросли. В то время, как в мире смертность от сердечно-сосудистых заболеваний снижается, растут заболевания, связанные с деятельностью мозга”, - констатировал ученый. Он также поднял ряд проблем на пути создания и развития ИМК, в числе которых рост требований к защите от вирусных атак.
 
Для тех, кто понимает в формулах, они необычно красивы. Этот тезис имеет непосредственное отношение к выступлению Алексея Осадчего (НИУ ВШЭ, Россия)
Он представил отчет о проекте “Первый российский двунаправленный ИМК”, который позволяет не только управлять нейропротезом, но и передавать в мозг сигналы чувствительности.  Команда под руководством Осадчего и Михаила Лебедева обучала инвазивный интерфейс, получающий сигналы мозга при помощи импланитрованной сетки электродов, расшифровывать движения пальцев руки. Пациент с имплантированными электродами выполнял движения пальцами, а расшифрованный сигнал моторной коры превращался в движения пальцев виртуальной руки на экране, за которой наблюдал пациент. Результаты первого этапа будут применяться в картировании моторной коры и речевых зон головного мозга во время нейрохирургических операций. По словам Михаила Лебедева, в ходе исследований возникает много технических вопросов. Сильной стороной команды он считает компетенции по обработке сигналов и умение собирать сложное технического оборудование в работоспособную систему.
 
Созданию постоянно действующего беспроводного ИМК для восстановления движения после повреждения позвоночника был посвящен доклад Ли Миллера (Северо-Западный университет, США). Был рассмотрен случай, когда пациенты не могут двигать рукой, но могут двигать плечом.  В предплечье 7 степеней свободы, а в кисти 27, но человек в ходе эксперимента мог захватывать предметы и писать. Ли Миллер также отметил, что большинство людей готовы пойти на операции на мозге, которые помогли бы им восстановить возможность работы рук.
 
Многие эксперименты становятся результативней благодаря применению нейронных сетей. Тонио Балл (Университет Фрайбурга, Германия) рассказал о глубинном обучении при изучении сигналов мозга и оптимизации архитектур нейронных сетей.
 
Михаил Лебедев (НИУ ВШЭ, Россия и Университет Дьюка, США) назвал свой доклад “Обезьяний нейромаркетинг”. Он проанализировал эмоции обезьян на разочарование - неполучение награды и получением её. Экспериментальную модель он сравнил с обезьяньим рестораном, когда еда подается за решение когнитивных задач, нацеленных на мотивирование обезьяны на сложные действия.
Работа конференция проходила три дня. На ней прозвучал широкий спектр докладов по теме ИМК, прошли симпозиумы, панельные дискуссии, воркшопы и мастер – классы. Мастер-класс по использованию тренажеров ReviVR и ReviMotion в реабилитации пациентов с патологиями неврологического профиля провел доцент кафедры неврологии и нейрохирургии СамГМУ Александр Захаров. Также участники конференции посетили инновационные подразделения СамГМУ - Центр прорывных исследований “Информационные технологии в медицине” и технопарк. В рамках мероприятия на площадке ВЦ Экспо-Волга прошёл “Нейротлон 2019” - соревнования людей с ограниченными возможностями, использующих ассистивные технологии, организованные Отраслевым Союзом Нейронет при поддержке Департамента информационных технологий Самарской области.
   - За пять лет данная конференция зарекомендовала себя как эффективная площадка, на которой обсуждаются вопросы не только разработки новых технологий нейрокомпьютерных интерфейсов, но и их практического внедрения, - считает заместитель директора Департамента науки, инновационного развития и управления медико-биологическими рисками здоровью Министерства здравоохранения РФ Оксана Фомичева. - Этот форум находит большой отклик в мировом научном сообществе.
 
«Значительно вырос масштаб конференция и её авторитет в научном сообществе. Важно, что она происходит на Самарской земле и поднимает имидж региона. Ряд проектов, которые были представлены на предыдущих конференциях, внедрены в клиническую практику и имеют индустриальных партнеров. Все, что мы разрабатываем, должно доходить до практического здравоохранения, до конкретного пациента», - подчеркнул ректор СамГМУ, профессор РАН Александр Колсанов
 
«Конференция имеет известность в мировом научном сообществе. Исследования в сфере нейротехнологий и апробация разработок проходит и в нашем регионе. Эта политика поддерживается губернатором Самарской области Дмитрием Игоревичем Азаровым. При поддержке Правительства Самарской области оборудование приобретается медицинскими учреждениями и успешно апробируется. Следующий этап - масштабирование проектов и вывод их на российский и мировой рынок», - подытожил президент СамГМУ, академик РАН Геннадий Котельников.
 
Владимир Резников, внешт. корр. «МГ», Самара.