Когда речь заходит об инсульте, врачи подчеркивают: «Время — мозг», подразумевая, что каждая выигранная секунда позволяет сохранить бОльшую функциональность мозга. И наоборот: инсульт стабильно входит в тройку ведущих причин смертности по всему миру, а перенесших его людей нередко приводит к долгосрочной инвалидности. Поэтому одним из главных инструментов-союзников пострадавшего становятся нейроинтерфейсы «мозг–компьютер» или BCI*. Именно с их помощью потенциально можно добиться наибольших прорывов в восстановлении утраченных функций пациентов. А это — двигательные, коммуникативные и когнитивные навыки. Словом, всё то, о чём предостерегает школьный плакат с главными признаками инсульта.
Восстановление двигательных функций
Более половины людей, перенесших инсульт после 65 лет, страдает из-за снижения подвижности. Неудивительно, что самое популярное направление, в котором тестируется BCI, — реабилитация, направленная на восстановление у пациентов двигательной активности верхних и нижних конечностей, коррекции нарушенной моторной функции и походки.
Для реабилитации конечностей используют BCI-роботизированные системы (протезы, ортезы с электроприводом, бандажи). Схема интерфейса «мозг–компьютер», который применяется в двигательной реабилитации, выглядит следующим образом:
Источник изображения: журнал «Современные технологии в медицине»
А сам ортез, например, для восстановления мелкой моторики рук, может выглядеть так:
Источник изображения: Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation
Подобные роботизированные протезы помогают собрать обратную связь и выполнять предписанную врачом тренировку. То есть врач назначает пациенту упражнения, но дальнейшее их исполнение контролирует уже сама система. Она считывает, какое движение пытается осуществить пользователь, и в случае необходимости корректирует его.
Для восстановления ходьбы или коррекции походки также могут использоваться поддерживающие или носимые системы — роллаторы, экзоскелеты, тренажёры, в том числе в сочетании с VR-технологией, и другие устройства, работающие в паре с нейроинтерфейсом.
Не всегда это интерфейсы «мозг–компьютер»; в этом направлении достаточно активно используются «умные технологии», относящиеся к HMI (интерфейсам «человек–машина»), и/или разработки на базе ИИ. К примеру, в российских реабилитационных клиниках признаны обязательными усиливающие экзоскелеты ExoAtlet. Устройство может быть настроено под каждого пациента, сохраняет сценарий ходьбы с перекатом стопы, перераспределяет и принимает на себя вес так, что пользователь без усилий со своей стороны переносит дополнительные 70–100 кг.
Восстановление когнитивных и коммуникативных функций
Ещё одно направление, в котором могут быть полезны и активно разрабатываются интерфейсы «мозг–компьютер», — работа с пациентами, у которых после инсульта наблюдаются затруднения с пониманием речи/контекста, запоминанием, концентрацией внимания, а также с воспроизведением речи и подбором слов.
Здесь в первую очередь вспоминается нейрочип Neuralink, но это далеко не единственная разработка, цель которой — интерпретировать мысли человека в команды. Например, одно из актуальных решений — речевой нейропротез, который американские учёные анонсировали летом прошлого года. Он перевёл кортикальную активность пациента, возникающую при попытке произнести что-либо вслух, в текст на экране, и сделал это с точностью до 99,6 %*. Пациент, участвовавший в испытании, лишился возможности говорить из-за бокового амиотрофического склероза, но ученые рассчитывают, что в дальнейшем технология будет полезна в том числе и утратившим коммуникативные навыки из-за инсульта.
Чего ожидать от BCI в будущем
Развитие BCI является приоритетным направлением для реабилитации после инсульта во всём мире к 2030 году.
«Будущие исследования в области реабилитации после инсульта должны быть направлены (в том числе — прим. ред.) в инвестиции в регенеративную медицину, новые препараты для изменения нейропластичности, недорогую и доступную робототехнику, инструменты для нейромодуляции и подходы к созданию интерфейса “мозг–компьютер”»
Прагматичные решения для снижения глобального бремени инсульта: комиссия Всемирной организации по борьбе с инсультом, Lancet Neurology
Сегодняшние решения, использующиеся для устранения последствий инсульта, в основном неинвазивные и имеют высокий потенциал, особенно в восстановлении двигательной функции и в сочетании с традиционной терапией. В будущем также предполагается работа над технологиями, с помощью которых удастся переориентировать рабочие области мозга на выполнение тех функций, за которые прежде были ответственны пострадавшие во время приступа области.
Но несмотря на все достижения в этой области, говорить о каком-то прорыве пока преждевременно: многие разработки находятся на стадии испытаний, и до вывода в коммерческую эксплуатацию им предстоит преодолеть ещё много этапов. Вот лишь несколько вызовов, с которыми сталкиваются учёные в этой области:
- Часть из технологий окажется неэффективна на людях — совсем или недостаточно эффективна (как, допустим, это показало исследование интерфейса «мозг–компьютер» с использованием двигательных образов и функциональной электростимуляции для пациентов с тяжелым парезом верхних конечностей после инсульта — разница между группами вроде есть, но она настолько небольшая, что клинически не значима).
- Другой барьер — инвестиции. Кажется, что проблемы с их привлечением могут возникнуть только у нерентабельных для производства технологий, но иногда этого не удаётся даже потенциально успешным проектам.
- Ещё один и довольно существенный камень преткновения — нормативное регулирование. На регистрацию разработки может уйти от года до нескольких лет. Особенно затяжным оказывается процесс, если речь идёт о самом высоком классе риска, в частности, об инвазивных решениях, которые не просто воздействуют на организм, но и позволяют получить от него обратную связь и самостоятельно анализируют физиологические сигналы.
- И уже в контексте инвазивных нейроинтерфейсов, включая малоинвазивные, следующий значимый аспект — биосовместимость (этот вопрос мы рассматривали подробнее в обзорной статье о нейроинтерфейсах). Поскольку только биосовместимые материалы способны гарантировать долгосрочную работу интерфейсов, размещаются которые внутри организма.
- А самым, пожалуй, уязвимым этапом становится конечная стоимость такого продукта. С проблемами, возникающими после инсульта, сталкиваются миллионы людей на земле, но далеко не всем из них по карману дорогостоящие современные технологии.
Таким образом мы пока находимся в начале пути и от относительного будущего в первую очередь стоит ожидать больше решений, которые будут отвечать нескольким принципиально важным критериям: они будут рабочими, они будут рабочими продолжительное время, они будут доступны широкому кругу лиц.
* Полный обзор по интерфейсам «мозг–компьютер» (BCI — от англ. brain–computer interface) можно прочесть тут.
** Точности в 99,6 % удалось достичь при первой попытке и словарном запасе в 50 слов. Во второй раз, после доп. обучения и со словарным запасом уже в 125 тыс. слов, точность была на уровне 90,2 %. В дальнейшем технология ретранслировала импульсы в слова на экране с точностью до 97,5 %. DOI: 10.1056/NEJMoa2314132
** Точности в 99,6 % удалось достичь при первой попытке и словарном запасе в 50 слов. Во второй раз, после доп. обучения и со словарным запасом уже в 125 тыс. слов, точность была на уровне 90,2 %. В дальнейшем технология ретранслировала импульсы в слова на экране с точностью до 97,5 %. DOI: 10.1056/NEJMoa2314132