О былых достижениях в нейроинтерфейсах группы Мигеля Николелиса из Университета Дьюка, мы уже писали. Но не о всех. В марте 2016 вышла их статья о том, как исследователи обучили макак «силой мысли» управлять креслами-каталками. В августе того же года в журнале Scientific Report была опубликована новая статья Николелиса, но уже другой, бразильской его группы (бразильской Лаборатории нейрореабилитации при Ассоциации поддержки научных исследований имени Альберто Сантос-Дюмона) — о том, как интерфейсы «мозг-компьютер» помогают частичному восстановлению пациентов с параплегией.
Обучение аватара пациента в виртуальной реальности. Фото: Image courtesy of AASDAP/ Lente Viva Filmes
Для начала немного о терминах. Параплегия — это паралич одной пары конечностей — верхних или нижних. Чаще всего, при параплегии речь идёт о ногах, а возникает этот паралич в результате черепно-мозговой травмы. Если же говорить о параличе всех четырёх конечностей, то тогда упоминают квадриплегию.
Для того, чтобы помочь восьми пациентам с хронической параплегией (время паралича от 3 до 13 месяцев) авторы разработали специальную многоступенчатую программу реабилитации длительностью в один год с использованием двустороннего интерфейса «мозг-компьютер». Такой интерфейс не только позволяет управлять чем-то «силой мысли», но и получать обратную связь. Команда Николелиса использовала для получения обратной связи метод вибрации: на предплечье пациента крепилась пластинка с вибрирующими дисками, и пациент получал сигналы обратной связи разными типами вибрации.
Распределение по времени активности пациентов (а), программа нейрореабилитации (b), материалы для клинического тестирования сенсорной обратной связи (с). Иллюстрация из обсуждаемой статьи
На первом этапе реабилитации участники эксперимента учились управлять своими виртуальными 3D-копиями в виртуальной реальности, получая тактильный отклик на своё предплечье (в зависимости от типа поверхности, по которой «шёл» аватар, пациент получал разные типы вибрации). На втором пациента, одетого в экзоскелет или специальную систему контроля положения тела ставили на беговую дорожку. На обоих этапах учёные постоянно фиксировали активность мозга испытуемых методом электроэнцефалографии.
Затем авторы совмещали оба элемента: пациент управлял экзоскелетом посредством интерфейса «мозг-компьютер», основанного на ЭЭГ, параллельно получая обратную связь тактильного отклика.
В начале реабилитации ЭЭГ не фиксировало активность моторной коры, в областях, ответственных за нижние конечности. Однако потом ЭЭГ-паттерны стали соответствовать паттернам обычного ходящего человека. По словам Николелиса, им удалось «перепрошить» образ нижних конечностей в мозге пациента. Было и «побочное» действие: участники эксперимента испытали облегчение в контроле за работой мочевого пузыря и кишечника как выделительных органов. Теперь они меньше зависят от слабительных и катетеров — а это огромная проблема для пациентов с параплегией.
Авторы работы планируют продолжить тренировки, так что можно ждать новых публикаций группы Мигеля Николелиса по этому эксперименту.
Текст: Алексей Паевский
Long-Term Training with a Brain-Machine Interface-Based Gait Protocol Induces Partial Neurological Recovery in Paraplegic Patients
Ana R. C. Donati, Solaiman Shokur, Alan Rudolph & Miguel A. L. Nicolelis et al.
Scientific Reports 6, Article number: 30383 (2016)
doi:10.1038/srep30383
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.