«Мы создаем медицину будущего»

© iStock

Доктор Гервин Шолк — профессор Фуданьского университета в Шанхае, партнер Центра языка и мозга НИУ ВШЭ в рамках стратегического проекта «Устойчивый мозг». Доктор Шолк известен как создатель универсальной некоммерческой программы для интерфейсов мозг — компьютер BCI 2000. В своем интервью он рассказал о современных нейроинтерфейсах, методах реабилитации после инсульта, новом подходе к нейрохирургии и поделился своим взглядом на будущее нейротехнологий. 

Интерфейс мозг — компьютер 

Нейроинтерфейсы — это технологии, которые напрямую связывают мозг и компьютер. С помощью специальных устройств (например, электродов, размещенных на коже головы, на поверхности мозга или внутри него) они улавливают сигналы мозга, обрабатывают их, превращая в значимую информацию, и переводят на электронное устройство (компьютер, протез, синтезатор речи). 

Нейроинтерфейсы по своей сути похожи на смарт-часы или другие носимые устройства. Часы измеряют пульс, частоту сердечных сокращений, считают шаги, и мы понимаем, насколько правильный образ жизни мы ведем, в какой физической форме находимся, и можем контролировать свое здоровье. Сегодня нейроинтерфейсы отличаются от носимых устройств тем, что они применимы только в лабораторных условиях и в клинической практике. Врачи используют их для реабилитации пациентов после инсульта или травмы головного мозга, для восстановления речевой функции, а также в нейрохирургии. 

На сегодняшний день самым популярным программным обеспечением для изучения нейроинтерфейсов является BCI 2000. Мы с командой разработали его почти 25 лет назад, но его потенциал до сих пор не исчерпан. Сегодня BCI 2000 можно сравнить с системой Linux или Android, он используется везде.

Новый подход к реабилитации 

После инсульта многие пациенты сталкиваются с утратой двигательных или речевых функций. Традиционные методы реабилитации предполагают регулярные занятия в специализированной клинике. Пациентов просят много раз повторять определенные слова или фразы, выполнять упражнения. 

Но данный подход имеет ряд ограничений: занятия возможны только в медицинском учреждении под контролем специалистов. Это не всегда удобно для пациентов, сложно и дорого. К тому же, оказавшись дома, пациенты нередко бросают занятия и утрачивают возможность добиться полного восстановления. 

Доктор Гервин Шолк и директор Центра языка и мозга ВШЭ Ольга Драгой

© Высшая школа экономики

Вместе с Центром языка и мозга мы разработали новую систему реабилитации на основе нейроинтерфейсов. Она направлена на восстановление речи у пациентов с афазией, которые потеряли способность связно говорить и выражать свои мысли после заболевания или травмы. Вместо повторения фраз пациентам предлагают сыграть в игру: к голове подключают специальные датчики, чтобы иметь возможность следить за сигналами мозга. Человек видит на экране картинку, слышит несколько слов, лишь одно из которых соответствует картинке. Мозг должен узнать это слово. Если система уловила сигнал от мозга, человек получает награду: дополнительные очки, смайлик и т.п. Таким образом, заниматься могут даже те, кто утратил физическую способность говорить. 

Мы создали технологии для реабилитации, следующая наша задача — сделать их доступными и понятными людям. Система должна быть предельно простой, чтобы ее могли использовать все, даже младший медицинский персонал в любой больнице. От пациентов требуется только надеть на голову специальное устройство и начать играть. 

Сегодня технологии для реабилитации на основе нейроинтерфейсов подобны нежному маленькому ростку. Чтобы дать ему возможность окрепнуть и расцвести, мы не можем сразу посадить его в центр густого леса. Мы должны взрастить его отдельно, а лишь затем интегрировать в общее пространство. В нашем случае — в систему здравоохранения. Это очень важная и сложная задача, требующая времени, знаний, усилий и терпения. Мы постепенно создаем новый формат медицины, который не заменит, а дополнит существующий, основанный преимущественно на фармакологических решениях. 

Инвазивные технологии: революция в нейрохирургии

Другим важным направлением применения нейроинтерфейсов является функциональное картирование мозга. При операциях на мозге, например при удалении опухолей, крайне важно определить, какие области отвечают за движение, речь и другие функции. При этом хирург не всегда видит границы опухоли, она визуально не отличается от окружающих ее тканей. Между тем цена ошибки в нейрохирургии слишком высока: если отрезать лишнее, человек может лишиться возможности ходить или говорить.

Традиционные методы картирования основаны на стимуляции мозга электрическим током. Врач воздействует на определенную область мозга, и если у человека при этом дернулась рука или он перестал говорить, значит, эта область отвечает за моторную или речевую функцию соответственно. Это процесс, требующий серьезного вовлечения пациента прямо на операционном столе; к тому же электрическая стимуляция может привести к судорогам. 

Гервин Шолк

© Высшая школа экономики

Мы разработали более простой и безопасный способ, основанный на анализе сигналов мозга во время выполнения простых задач. Мы используем электрокортикографию, то есть помещаем электроды непосредственно на поверхность мозга. Человек выполняет несколько заданий одновременно — например, говорит, высовывает язык и двигает рукой. А мы следим за сигналами мозга и, если где-то видим повышение активности, понимаем, что данная область вовлечена в эту функцию. 

Картирование мозга требует индивидуального подхода. С одной стороны, мозг у всех устроен похожим образом, но опухоль может деформировать его и сместить область, отвечающую за ту или иную функцию. Поэтому для точной работы хирурга необходимо картировать индивидуальные функциональные зоны. 

Нейротехнологии будущего

В СМИ много пишут о нейропротезах — электронных имплантатах, которые помогут человеку снова начать ходить, видеть или слышать. Мы с коллегами в прошлом году продемонстрировали, что уже умеем считывать сигналы мозга и преобразовывать их в нормально звучащую речь: нам удалось сыграть композицию Pink Floyd на основе анализа нейрональной активности. А это значит, что скоро мы сможем делать речевые нейропротезы. Все это кажется грандиозным, футуристичным, напоминает научно-фантастические романы, но на самом деле кардинально не поменяет нашу жизнь. 

В случае с нейропротезами мы восстанавливаем у пациента утраченный навык — возвращаем ему умение ходить, видеть, слышать или говорить, — но при этом ничего не меняем в мозге. В случае же с реабилитацией с помощью нейроинтерфейсов мы пытаемся переориентировать рабочую, сохранившуюся часть мозга на выполнение функций, за которые прежде отвечали другие области. Это менее зрелищные, но гораздо более глубинные и сложные изменения, потенциал и польза которых гораздо выше. 

Гервин Шолк

© Высшая школа экономики

Нам не нужны дополнительные технологии, нам нужно научиться правильно и эффективно использовать уже существующие. Важно интегрировать их в клиническую практику, обучить врачей и завоевать доверие пациентов. Это очень долгий путь, но мы уже находимся в начале новой медицинской революции. 

Сделать нейроинтерфейсы полезными устройствами для контроля здоровья в повседневной жизни — одна из задач будущего, над которой мы работаем. Они должны стать полезным инструментом для контроля собственного здоровья, которым смогут пользоваться все, а не только врачи и ученые. Например, вечером человек надевает на голову специальную повязку, а утром получает информацию о качестве своего сна, состоянии нервной системы, уровне стресса с рекомендациями, как сделать жизнь лучше: снизить употребление алкоголя, раньше ложиться спать или больше заниматься спортом. Если мы сможем «перевести» сигналы мозга в значимую информацию, это позволит сделать большой шаг вперед в превентивной медицине.