Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (БФУ имени И. Канта), Сколковского института науки и технологий и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова изучили активность головного мозга у здоровых людей, которые выполняли задачу по управлению движениями виртуальной конечности с помощью мысленных команд, посылаемых с помощью интерфейса «мозг-компьютер». Наблюдение за движениями виртуальной руки вызывает активацию отделов мозга, участвующих в прогнозировании и контроле собственных движений. Таким образом, интерфейс поможет восстановить нарушенные из-за инсульта сенсомоторные нейронные связи. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers.
Ежегодно в России регистрируется свыше 400 тысяч новых случаев инсульта. Лишь 10% пациентов переносят инсульт относительно легко, у остальных процесс реабилитации растягивается на годы и не всегда завершается полным восстановлением организма. В качестве постинсультной реабилитации широко используется подход наблюдения пациента за действием здорового человека (которые пациент не в состоянии выполнить. Этот метод не всегда оказывается эффективным, поскольку наблюдение не связано с намерениями пациента совершить собственное движение.
Сегодня ученые рассматривают в качестве альтернативы методики, требующие активного включения пациента в процесс реабилитации. Такое «включение» может обеспечить интерфейс «мозг-компьютер» — система, позволяющая человеку управлять внешними электронными устройствами — протезами или их виртуальными моделями с помощью мысленных команд. Пациент будет не только наблюдать за движениями другого человека, но и сам будет их инициировать.
В рамках исследования перед испытуемыми ставили монитор, на который выводилась виртуальная модель руки. Участники эксперимента должны были мысленно двигать пальцами этой виртуальной руки, посылая команды через интерфейс «мозг-компьютер». В это время авторы снимали показатели электрической активности головного мозга испытуемых. Эксперимент показал, что нейронная активность в момент мысленного совершения действия, ожидания результата и наблюдения за ответом различалась по характеру (активировались разные области мозга) и амплитуде. Интересно, что в момент ожидания ответа (движения модели руки) у испытуемых активизировались сенсомоторные области, участвующие в прогнозировании мышечного действия и подготовке к движению.
Кроме того, авторы выявили специфичные для ошибочных действий паттерны нейронной активности. Они соответствуют процессам торможения в головном мозге, которые наблюдаются, когда человек совершает некорректные (не те, что хотел сделать) движения. При этом наблюдения за пациентами, перенесшими инсульт, указывают на то, что у них подобная активность значительно снижается. Получается, что принцип «прогнозирования» действия перед его выполнением и наблюдением за ним может помочь восстановить нарушенные нейронные сети мониторинга действий у пациентов после инсульта.
«Интерфейс "мозг-компьютер" можно будет использовать при лечении более широкого круга заболеваний и нарушений, например спинномозговых травм, болезни Паркинсона и других. В дальнейшем мы планируем обогатить обратную связь и другими сенсорными модальностями, например, при наблюдении движения будет также осуществляться тактильная стимуляция парализованной конечности. Также необходимо адаптировать эту технологию для применения в реабилитационной практике, нужно сделать систему максимально простой и доступной для использования ее пациентами», — рассказывает старший научный сотрудник Центра Нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Николай Сыров.
Ученые БФУ, МГУ и Сколково изучили изменения активности головного мозга при управлении интерфейсом «мозг-компьютер» (РНФ грант № 21-75-30024) в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
