Как улучшить мозг. Выпуск 28: как нейроинтерфейсы помогают контролировать себя

9 октября 2019

Австрийские ученые из Университета Граца разработали методику, которая помогает людям лучше управлять биопотенциалами головного мозга при использовании нейрокомпьютерных интерфейсов. Ученые описывают самоконтроль активности мозга, как взаимодействие автоматической и сознательной систем обработки информации. Кроме того, методика различает когнитивные процессы, которые необходимы для самоконтроля активности мозга, и процессы, которые способны помешать процессу обучения. Этому посвящена еще одна статья из топика Augmentation of Brain Function.

НКИ может управлять инвалидной коляской. Credit: Анна Хоружая


Нейрокомпьютерные интерфейсы (НКИ) представляют собой компьютерную систему, которая регистрирует сигналы мозга при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ), анализирует их и переводит в команды, поступающие на техническое устройство для того, чтобы осуществить определенное действие.Интерфейс мозг–компьютер считается одной из самых перспективных технологий в области лечения неврологических заболеваний и различных травм. Например, пациенты, парализованные из-за перелома позвоночника, могут «силой мысли» управлять искусственной рукой.

Однин из особых видов НКИ – это нейробиоуправление (НБУ). Оно представляет собой компьютерную систему, которая модифицирует биопотенциалы головного мозга при активном участии самого больного. Цель НБУ – фактически переобучить электрические процессы в головном мозге. Человек в режиме реального времени может видеть или слышать собственные биопотенциалы и постепенно учится изменять собственную мозговую активность в нужном направлении.

Сегодня технология нейробиоуправления применяется при лечении или в процессе реабилитации многих заболеваний, таких как синдром дефицита внимания и гиперактивность (СДВГ), инсульт, черепно-мозговая травма, неконтролируемая эпилепсия, злоупотребление психоактивными веществами, депрессия, аутизм, мигрень. В литературе встречаются также данные о лечебных эффектах НБУ при психиатрических заболеваниях (расстройства пищевого поведения, шизофрения, психозы).

Однако, как показывает практика, использование нейрокомпьютерных интерфейсов – задача непростая, и у многих людей уходят месяцы, чтобы освоить методику. А потому особенное внимание следует уделять способности человека контролировать некоторые аспекты собственной деятельности мозга. Эта способность носит название «самоконтроля мозговой деятельности».

Два вида работы мозга

Самоконтроль мозговой деятельности, как и любая мыслительная работа, описывается теорией двойных процессов. Эта теория классифицирует всю умственную деятельность на два основных вида: автоматический (процессы типаI) и контролируемый (процессы типа II).

Автоматические процессы характеризуют всю бессознательную деятельность и мозговую активность. Это в том числе привычные действия, которые мы выполняем в повседневной жизни и о которых не задумываемся, или возникающие эмоции. Обработка этой информации автоматизирована. Но все автоматические процессы сильно зависят от контекста. Например, мы можем неосознанно пытаться открыть дверь офиса ключом от квартиры, если в этот момент будем думать о возвращении домой и об ужине.

Процессы типа II– это, в первую очередь, система надзора, находящаяся в центре нашего внимания, которую мы способны контролировать. Это наше сознание.

Каждая из этих систем имеет собственную систему корректировок и обучения. Автоматическая система учится только через эффект «вознаграждение», ее корректировка происходит эмпирически – опытным путем. А контролируемые процессы более гибкие и ориентированы на конкретные осмысленные инструкции мозга.

Рассмотрим для примера мотивацию к обучению. Мотивация складывается из более контролируемого компонента, называемого внутренней мотивацией, которая очень чувствительна к самоубеждению, а также из автоматического компонента – внешней мотивации, которая более чувствительна к полученному результату или вознаграждению.

Пока человек в процессе обучения получает вознаграждение (а вознаграждением может быть и удовольствие от полученного результата, повышение заработной платы и тд.), автоматические процессы в его поведении будут преобладать. Если же человек не получает должного отклика, то подключаются механизмы внутренней мотивации, и мы начинаем убеждать себя, чтобы продолжать занятия.

Таким образом, способность человека контролировать собственную деятельность мозга характеризуется не только сознательным, но и бессознательным компонентом.

Основа самоконтроля деятельности мозга

Важно отметить, что не каждый мыслительный процесс необходим для выполнения определенной задачи, которую мы перед собой поставили. Те мыслительные процессы, которые непосредственно не задействованы в реализации цели, могут либо создавать помехи, либо косвенно способствовать решению. И этот факт необходимо учитывать, когда речь идет о способности контролировать нейрокомпьютерные интерфейсы.

В некоторых видах НКИ, которые используют электрокортикограмму (инвазивная процедура, в ходе которой электроды «кладутся» прямо на кору мозшга) или другие виды получения стабильных и специфических мозговых сигналов, сторонние процессы не будут мешать процессу обучения.

Но если говорить о классах НКИ неинвазивных и основанных на решении когнитивных задач, таких как умственный расчет или моторные образы, то необходимо сосредоточиться на поставленной задаче и максимально уменьшить ненужные в данный момент мыслительные процессы.

Схема самоконтроля мозговой деятельности. Ее можно представить в виде трех кругов. Credit:Wood et al


Все автоматические и контролируемые процессы, которые необходимы для выполнения конкретной задачи, относятся к локальной сети управления – самый внутренний круг.

В начале процесс обучения управляется прямыми устными инструкциями при сознательном контроле. А автоматические процессы подключаются, когда по механизму обратной связи испытуемый начинает получать результат и накапливает опыт.

Средний круг изображает центральную управляющую сеть, отвечающую за все сознательные функции – это наше сознание в целом. Негативное влияние сознания проявляется в случае неправильной стратегии в обучении, либо когда испытуемой отвлекается или перенапрягается. Сторонние мысли используют ресурсы из локальной управляющей сети и препятствует учебному процессу.

Самый большой круг отражает все бессознательные процессы, которые происходят в мозге. Это своеобразная сеть управления организмом, и она отражает активность тысяч автоматических и бессознательных умственных процессов.

Взаимодействие этих процессов сильное, и когда запускаются ненужные автоматические реакции, они конкурируют с процессом обучения, происходящим в местной сети управления. Например, у человека появляются негативные чувства из-за прошлых неудач в обучении, и его внимание рассредоточивается.

Таким образом, внутренний круг отражает все мозговые процессы, которые необходимы для решения конкретной задачи, а средний и внешний круги отражают автоматические и сознательные процессы в мозге в целом. Нужно учитывать, что устройством регистрируются все сигналы из локальной, центральной и организменной сети и что все когнитивные процессы, такие как мотивация, настроение, внимание взаимодействуют между собой и влияют на процесс обучения.

Лучше понимаешь – осознаннее действуешь

Целью самоконтроля мозговой деятельности при использовании нейрокомпьютерных интерфейсов и техники нейробиоуправления становится увеличение сигнала локальной сети управления и подавление активности остальных сетей. Необходимо учитывать особенности двух типов умственной деятельности, поскольку они подразумевают очень разные механизмы обучения, чувствительные к различным типам сигналов, и взаимосвязь с системой вознаграждения.

Для этого, во-первых, участники должны научиться отделять бессознательно возникающие эмоции, такие как беспокойство и тревога. А также уделять большее внимание различным видам вознаграждения и наказания. Важно подчеркнуть, что такие процессы, как повышенная тревожность или навязчивые мысли, сами могут стать целью для подавления в технике нейробиоуправления.

Во-вторых, участники должны научиться подавлять неактуальную на данный момент познавательную деятельность. И это можно достигнуть с помощью прямого обучения или самообучения.


Текст: Анастасия Тихомирова

On the need to better specify the concept of “control” in brain-computer-interfaces/neurofeedback research by Guilherme Wood, Silvia Erika Kober, Matthias Witte and Christa Neuper in Front. Syst. Neurosci. Published 29 September 2014

https://doi.org/10.3389/fnsys.2014.00171