«Мы близки к практическому применению системы бесстимульного картирования головного мозга»

© Даниил Прокофьев / Высшая школа экономики

Созданные учеными Вышки совместно с медиками нейроинтерфейсы позволяют установить контакт с головным мозгом и декодировать его сигналы. Их применение создает возможности для стимуляции мозговой активности, восстановления и нормализации мышечного контроля пациентов, перенесших инсульт, инфаркт или страдающих иными неврологическими заболеваниями, а также способствует реабилитации людей с черепно-мозговыми травмами и потерей конечностей. О работе Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ рассказывает его директор Алексей Осадчий.

— Что такое нейроинтерфейс, если говорить общедоступным языком?

— Нейроинтерфейс можно назвать набором подходов, которые позволяют установить контакт непосредственно с головным мозгом, а также с устройством, считывающим информацию об активности коры и расшифровывающим ее.

Вторая часть функционала нейроинтерфейса — стимуляция нервной ткани, обеспечивающая выполнение каких-либо действий или нормализацию мышечной активности.

Алексей Осадчий

© Высшая школа экономики

— На сайте вашего центра обозначены 12 проектов. Какие из них вы бы назвали наиболее важными?

— Одни идут быстрее, другие продвигаются вслед за ними. Сейчас мы, например, близки к практическому применению системы бесстимульного картирования головного мозга, разработанной совместно с Центром нейрохирургии им. Н.И. Пирогова. Она позволяет определять критически важные зоны, такие как речевые, и сохранять их во время нейрохирургического вмешательства. Также нам удалось разработать миографические интерфейсы, позволяющие пациентам с ампутированными конечностями управлять современными протезами и обеспечивающие непрерывность движения.

Активно развивается направление, связанное с неинвазивной локализацией эпилептогенных очагов. Мы сотрудничаем с ведущими медучреждениями (Центр мозга и нейротехнологий ФМБА, Российский университет медицины им. Евдокимова (бывший медико-стоматологический университет), Федеральный центр нейрохирургии Минздрава), картируя функциональные зоны и выявляя участки патологической активности для дальнейшей хирургической резекции.

Также мы исследуем технологии нейрообратной связи, для того чтобы научить человека управлять активностью собственного мозга. Мы доказали, что нулевая задержка между мозговой реакцией и ее визуализацией ускоряет обучение и снижает утомляемость пациента. Этот же принцип применяем и в транскраниальной магнитной стимуляции: она проводится в фазу возбуждения мозга, повышая ее эффективность. В соответствии с этим мы перепрограммировали один из энцефалографов и планируем применять программу на других аппаратах.

Центр также ведет фундаментальные исследования. Например, изучаем восприятие внутренних телесных сигналов — интрацепцию — и ее связь с эмпатией.

— При каких заболеваниях или особенностях развития может помочь применение нейрообратной связи, с помощью которой человек способен управлять деятельностью собственного мозга?

— Есть специфическое заболевание — синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ). Существуют рекомендации, в соответствии с которыми нейрообратную связь можно применять для лечения и купирования гиперактивности, в основном среди детей. Сейчас мы разрабатываем технологии ее использования для взрослых. Также нейрообратная связь может оказаться эффективной при эпилепсии: контроль сенсомоторного ритма позволит повышать порог возбудимости нейронов и снижать вероятность приступа. Вероятно применить этот метод и для повышения когнитивных способностей и релаксации у здоровых людей.

— Продолжая тему: может ли человек, научившийся управлять активностью собственного мозга, влиять на других, нет ли в этом определенной опасности для окружающих?

— Это преувеличенные опасения. Наоборот, вы превратитесь в более приятного члена общества, но это можно сделать и без нейрообратной связи.

— Одно из направлений ваших работ — исследование медитации. Какие ее компоненты вы изучаете и что удалось выяснить?

— У нас вышли две работы в журналах Q1. В первой мы исследовали, как изменяется активность мозга и периферической системы, через измерение вариаций сердцебиений и сердечного ритма, как колеблются эти параметры у медитирующих. Исследование проводилось в двух группах, практиковавших даосскую медитацию, причем участники первой группы уже имели опыт медитации, а второй — нет. Выяснилось, что новички все делают примерно одинаково, то есть никак, а опытные медитаторы разделились на две подгруппы, которые мы назвали «концентрированными» и «расслабленными», что подтверждает: медитация должна быть индивидуализирована.

А во втором исследовании мы задались вопросом, как научить медитировать, как увидеть разницу в уровне освоения и как отслеживать этот процесс. Одна группа проходила двухмесячный тренинг, а вторая группа просто сидела на ковриках и слушала аудиокнигу. Дальше участников просили медитировать. В даосской медитации мы записали состояние покоя до тренировки, во время нее и после практики — до и после обучения. Мы увидели, что активность мозга во время медитации не изменилась ни у кого, но у проходивших тренинг изменилась активность в состоянии покоя: менялся альфа-ритм головного мозга, повышалась вариабельность сердечного ритма. Причем прогресс и положительные эффекты медитации лучше всего отслеживать именно в состоянии покоя.

© Даниил Прокофьев / Высшая школа экономики

— Еще одно направление, привлекающее внимание, — интерфейсы для бионических протезов с высокой степенью свободы. Для протезов каких органов они предназначены и каких результатов удалось добиться?

— Это идея на основе управления мышцами. Мы не производим сами протезы, это большая и сложная индустрия, но мы можем готовить пациентов к их использованию: например, пациент лишился руки, у него сформирована культя, мы наденем на нее датчики, гильзу, создадим виртуальную реальность для управления виртуальной рукой, чтобы регулировать силу сжатия и угол сгиба, затем синтезируем систему управления и перенесем ее на протез. Мы создали систему тренировки пациентов совместно с компанией «Брейнстарт». Врачам и пациентам она нравится, мы ездили в реабилитационный центр в Вороново, и пациенты с врачами спрашивали, когда мы вернемся, чтобы продолжить обучение управлению протезом.

— Чем важна неинвазивная локализация эпилептогенных зон для пациентов с этим недугом, насколько она повышает эффективность лечения?

— Она позволяет повысить точность и безопасность хирургии. Мы используем МЭГ, высокоплотную ЭЭГ и структурную МРТ для выявления зон фокально-кортикальной дисплазии, при которой кора меняет свою форму и свойства. Мы часто интегрируем результаты с функциональным картированием и делаем более точные указания для хирурга относительно зоны резекции или зоны имплантации стимулирующих электродов.

— Можно назвать области медицины, где ваши исследования наиболее полезны?

— Это нейрохирургия, нейрореабилитация и система протезирования функций утраченных верхних конечностей, а также терапия когнитивных расстройств.

— Вы исследуете длительность процесса принятия решений. От каких особенностей мозга и нервной системы человека она зависит?

— При выполнении заданий усидчивость связана с бета-ритмом мозга, но чем он выше, тем более вы ригидны, то есть усидчивость нередко связана с недостаточной гибкостью, она как раз высока у пациентов с дистонией.

— Сейчас довольно популярна точка зрения, что мозг часто действует едва ли не независимо от человека, в черепе которого находится. Насколько она обоснована и что об этом говорят исследования центра?

— Мы разрабатываем технические средства визуализации активности и методов взаимодействия с головным мозгом и применяем их для помощи врачам при лечении ряда неврологических нарушений. Что касается фундаментальной системы сознания, то это вне сферы наших исследований.

— С какими подразделениями Вышки вы сотрудничаете?

— В рамках Института когнитивных нейронаук мы работаем с Международной лабораторией социальной нейробиологии, Центром исследований интеллекта и когнитивного благополучия, Центром нейроэкономики и когнитивных исследований. Также мы тесно взаимодействуем с факультетом компьютерных наук, с их аспирантской школой. Мы междисциплинарное подразделение, важен баланс сотрудничества с коллегами и самостоятельности.

— Какие медицинские вузы и научно-исследовательские центры стали вашими партнерами?

— Это Институт скорой помощи имени Склифосовского (знаменитый Склиф), Федеральный центр мозга и нейротехнологий, Институт нейрохирургии им. А.Л. Поленова, Медицинский университет им. Н.И. Пирогова (Второй мед), Российский университет медицины им. А.И. Евдокимова (Третий мед), и сейчас начинаем сотрудничество с Федеральным центром нейрохирургии им. Н.И. Пирогова.

Алексей Осадчий

© Высшая школа экономики

— Расскажите, пожалуйста, о работе зеркальной лаборатории с Самарским государственным медицинским университетом.

— В рамках нашего зеркального проекта мы передали коллегам технологию визуализации активности мозга в реальном времени на основе регистрации ЭЭГ. Сейчас коллеги ее освоили и продолжают искать ей применение в своих нейрореабилитационных задачах. Мы продолжаем тесное взаимодействие. Недавно я вернулся с конференции BCI Samara, где представил доклад о практических разработках, ведущихся в центре.

— Насколько доступны протезы, созданные с применением разработанных вами технологий?

— Это высокотехнологичные изделия, выпускаемые небольшими сериями, поэтому стоят они недешево. Однако государство субсидирует их производство, и они доступны. Это большой плюс не только для пациентов, нуждающихся в реабилитации, но и для компаний-производителей, получающих достаточные ресурсы для развития и создания более совершенных протезов.

— Как складывается ситуация с международным сотрудничеством?

— Оно продолжается. На прошедшей недавно Весенней школе «Нейроинтерфейсы нового поколения: Перспективы практического применения» — 2025 были представлены доклады Кристофа Гугера из австрийской компании g.tec и выпускницы магистерской программы Вышки «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию» Елизаветы Окороковой, работающей сейчас в университете в Дейвисе, о создании инвазивных интерфейсов для управления протезами. Мы также тесно взаимодействуем с Гвидо Нолте, крупнейшим мировым специалистом по обработке магнитоэнцефалографических данных, и с математиком Риккертом Хиндриксом, разрабатывающим нелинейные методы анализа электрической активности мозга.