HighTech «Шесть слов в минуту» звучит не очень впечатляюще. Но для парализованных людей, печатающих через интерфейс «мозг-компьютер» (BCI) это – новый мировой рекорд.
Чтобы совершить этот подвиг, двое парализованных людей использовали имплантированные в мозг протезы, позволяющие им контролировать курсор на компьютере с недостижимой ранее точностью и скоростью. О недавних опытах команды ученых, создавших нейронную систему под названием BrainGate2, на днях сообщил журнал Nature Medicine. Пока что она применяется только для экспериментов, но ученые уже сейчас считают, что демонстрация устройства доказала, что эта технология может быть крайне полезной людям, страдающим параличом и может применяться для постоянного домашнего пользования.
Два добровольца, принявших участие в эксперименте, страдают боковым амиотрофическим склерозом (БАС), также известным как болезнь Лу Герига – это дегенеративное неврологическое расстройство, ведущее к полному параличу. Джэйми Хендерсон – ведущий ученый и содиректор Лаборатории Трансляционных Исследований Нейронного Протезирования Стэнфорда (англ. Stanford’s Neural Prosthetics Translational Lab) признался, что его «поразила воля» этих прикованных к коляске людей, которые мужественно перенесли операцию на мозге и отдали все силы научным экспериментам, толкающим эту разработку вперед. «В этом проекте мы стали настоящими партнерами»,- рассказал Хендерсон.
Система BrainGate2 состоит из ряда имплантированных в двигательную область коры головного мозга крошечных электродов. Электроды записывают паттерны электрической активности в нейронах, срабатывающих в момент движения рукой или его представления. В эту систему также входит программа, которая расшифровывает беспорядочные сигналы мозга и в виде четкой команды направляет их на внешнее устройство – в данном случае, компьютерный курсор. В других экспериментах ученые применяли интерфейс «мозг-компьютер» для управления роботизированной рукой, с помощью которого теоретически возможно управлять инвалидной коляской, автомобилем и всем, что может управляться дистанционно.
В первой стадии эксперимента участники многократно перемещали курсор на мониторе, представляя движения большим пальцем по трекпаду. На задание уходило в среднем 2.5 секунды. Это большой прогресс по сравнению с предыдущим испытанием, в котором перед другими больными ставилась та же задача, которую они выполняли в среднем за 8.5 секунд.
По словам Хендерсона, такой результат стал возможен благодаря четырем факторам:
1. Благодаря своему строению система стала работать быстрее: временная задержка между сигналом мозга и движением курсора составляет около 20 милисекунд. Это улучшило результат участников эксперимента за счет быстрой ответной реакции системы.
2. Фильтры обработки сигналов тщательно отделяют нервные сигналы от окружающего электромагнитного шума. Это особенно важно, поскольку эксперименты проводились в домах добровольцев.
3. Движение большого пальца по трэкпаду, которое представляли участники, создает более ясный нервный сигнал по сравнению с другими опробованными движениями (всей руки или запястья).
4. Возможно, самый важный фактор: усовершенствованный декодирующий алгоритм стал более эффективно переводить нервные сигналы в намеренные движения. Это значит, что система теперь четче определяет направление, в которое человек хочет переместить курсор, что позволяет ей корректировать отклонения нервных сигналов и не допустить ухода курсора от траектории движения.
Но причем здесь набор текста?
Для этого участники представляли то же самое движение большим пальцем, чтобы вести курсор к нужным буквам в программе ввода текста под названием Dasher. Как только пользователь выбирает букву, программа предлагает варианты следующих, облегчая процесс и ускоряя сложение слов из букв.
Один из участников напечатал 115 слов за 19 минут, то есть около 6 слов в минуту. Несмотря на то, что он уже имел опыт использования версии программы с другим способом управления, такой результат весьма впечатляет. Такой метод коммуникации может пригодиться людям, потерявшим способность управлять мышцам рта, таким как больные БАС или пациенты с синдромом «запертого человека».
Хендерсон со своими коллегами провели опрос среди людей, страдающих параличом, в котором выяснили, хотели бы они использовать подобные технологии в повседневной жизни и какие возможности хотели бы от них получить. Главным желанием большинства опрошенных была возможность быстро общаться путем печатания, желаемую скорость которого опрос определил как 40 слов в минуту.
Джэйми Хендерсон говорит, что он полон решимости на пути к достижению этой грандиозной цели. В ходе дальнейших исследований может быть найден способ применения имплантатов в области мозга, отвечающей за намерение пошевелиться, предшествующее самому движению. Хендерсон делится планами: «Мы хотим выяснить, улучшит ли результат использование сигналов из планирующей области мозга».
Пока неясно, какой уровень характеристик должна иметь система, чтобы стать пригодной для домашнего использования. Но Хендерсон считает, что BrainGate2 стоит на правильном пути: «На наш взгляд, мы делаем большие успехи».