Как улучшить мозг. Выпуск 1: нейропротезы замкнутого цикла

Ежегодной европейской исследовательской премией Frontiers Spotlight Award 2017 награждена группа редакторов журнала Frontiers in Neuroscience под руководством нашего друга Михаила Лебедева (другими редакторами стали Иоан Оприс из Школы медицины Майами и Мануэль Фернандо Казанова из Университета Южной Каролины). Эта группа подготовила к публикации исследовательский сборник Augmentation of Brain Function: Facts, Fiction and Controversy из 150 статей 629 авторов, посвященных расширению возможностей человеческого мозга. В 2017 году после разговора  Михаилом Лебедевым возникла мысль пересказать все 150 статей этого сборника. Мы решили восстановить после переезда сайта уже написанное — и продолжить рассказ. 

Нейропротезы с замкнутым циклом в помощь функциональному восстановлению

Согласно двум учёным, Роберту Бауэру и Алирезу Гарабаджи из института Карла Эбенхарда в Тюбенгене (Германия), современные нейропротезы с замкнутым циклом нацелены только на компенсацию потерянных функций, например, через управление внешними устройствами (протезы, инвалидные кресла). При такого рода ассистирующем подходе исследователи ищут способы для увеличения скорости и точности в управлении внешними устройствами. Последние подходы к проблеме используют схожие технологии, но нацелены уже на восстановление потерянных двигательных функций в долгосрочной перспективе.

Принцип работы нейропротеза с замкнутым циклом обратной связи (closed—loop), цель которого – не просто быть своего рода помощником человеку с нарушенными двигательными функциями, а в идеале позволить ему их восстановить. Источник: Bauer R and Gharabaghi A.

Именно для этой цели появились восстанавливающие нейропротезы, цель которых – облегчить двигательное переобучение и укрепить повреждённые и/или альтернативные нервные связи с помощью тренировок в реабилитационной среде, где имеется обратная связь с мозгом. Например, для реабилитации пациентов после инсульта недавно применили такого рода метод. Обратная связь в нём осуществлялась через отображение выполняемых пациентом движений. Подобный восстанавливающий подход требует обучение с закреплением той активности, которую производит сам мозг. Она рассматривается в качестве одного из важнейших компонентов для функциональной реабилитации.

В статье, вышедшей в журнале Frontiers, авторы также рассматривают ограничения и сравнивают ассистирующий и восстанавливающий подходы для реабилитации пациентов. По их словам, восстанавливающие нейропротезы обеспечивают обратную связь, которая представляет собой абсолютно необходимое условие для улучшения саморегуляции мозговой активности и даёт возможность для восстановления двигательных функций в дальнейшем. Их даже можно дополнительно подкреплять стимуляцией мозга в зависимости от его состояния для того, чтобы усиливать связи между головным и спинным мозгом. Для того, чтобы восстановление двигательных функций шло лучше, обучение с закреплением в идеале должно быть использовано совместно с различными терапевтическими мероприятиями.

Но что действительно необходимо, считают исследователи, так это смена концепций с подхода к протезам, как к неким ассистентам для человека с утерянными функциями, по направлению к восстанавливающим протезам. И это требует уже сдвига в методиках, а именно переход от увеличения точности сортировки сигналов к увеличению эффективности обучения.

Текст: Анастасия Натрова

Bauer R and Gharabaghi A (2017) Constraints and Adaptation of Closed-Loop Neuroprosthetics for Functional Restoration. Front. Neurosci. 11:111.

doi: 10.3389/fnins.2017.00111

Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.