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

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