Система «мозгового интерфейса» (BCI) в настоящее время является реальной и перспективной альтернативой построения коммуникации с людьми, у которых физические возможности крайне ограничены. Однако развитие такой системы требует особого высокотехнологичного научного подхода.
Каковы трудности?
Сопоставление пользователя системы с его или её оптимальными характеристиками является необходимым условием для широкого применения BCI в качестве решения проблемы коммуникационныхпотребностей людей с различными ограничениями жизнедеятельности.
Большинство систем BCI используют ЭЭГ или отдельные единицы, которые происходят в основном в соматосенсорных или двигательных областях корыголовного мозга.
Эти участки могут быть серьезно повреждены у людей с инсультом или нейрогенеративными заболеваниями.
Роль ЭЭГ
Для ЭЭГ на основе BCI всесторонняя многоэлектродная запись, выполняемая первоначально, а затем периодически, необходима для выявления изменения в работе мозга и/или прогрессирование заболеваний, и тем самым может служить руководством для выбора оптимального места записи и ЭЭГ особенности.
Некоторые участки мозга могут оказаться бесполезными: слабый контроль над теменными участками, ритмы в значительной степени ограничиваются сенсомоторной корой головного мозга.
Системы BCI должны быть достаточно гибкими, чтобы использовать различные функции ЭЭГ в качестве управляющих сигналов.
Разрабатывается система, которая может использовать медленные потенциалы или ритмы, P300 потенциалы, или активность одной единицы, по отдельности или в сочетании.
Такая гибкость может дать значительное практическое преимущество.
Практическое применение
В настоящее время имеется лишь ограниченное количество клинических данных об использовании BCI лицами с тяжелыми нейромышечными нарушениями.
Устройство трансляции мысли (TTD), которое использует медленные корковые потенциалы (SCP), и Wadsworth BCI, который использует и ритмы, были оценены небольшим количеством пользователей с боковым амиотрофическим склерозом (ALS), инсультом, повреждением спинного мозга, церебральный параличом или ампутацией.
Контролируемые клинические испытания в различных группах пользователей будут необходимы в будущем для определения наилучших методов BCI для каждой группы.
Эти исследования должны сравнивать характеристики различных систем BCIи различные электрофизиологические входы в сопоставимых группах пользователей. Хотя такая конструкция, как правило, не практична в такой работе, следует использовать сопоставимые процедуры обучения и включать контроль плацебо-эффектов.
Поскольку такие исследования отнимают большое количество времени и затрат, особенно когда они затрагивают пользователей с тяжелыми формами инвалидности, они, вероятно, потребуют совместных усилий нескольких центров.
Наиболее очевидным применением технологии BCI в современном состоянии её развития является заключение пациентов в карцер. Полностью заблокированные пациенты должны отличаться от тех, кто сохраняет некоторые минимальные функции мышц, такие как движение глаз или век.
Кроме того, может возникнуть необходимость изменить метод обратной связи, используемый BCI, с тем, чтобы учесть сенсорные возможности пользователя.
Грядущие разработки
Поскольку в некоторых группах пользователей зрительная система может быть скомпрометирована, в системах BCI должны использоваться другие сенсорные методы.
Пациенты со слабым контролем движений глаз могут достичь лучшего результата, если вместо стандартной визуальной обратной связи будет использоваться тактильная обратная связь.
В дополнение к использованию сети в замкнутых состояниях, связанных с инсультами мозга, технология BCI была предложена также в качестве возможной системы коммуникации при аутизме, афазии и других тяжелых коммуникационных расстройствах.
Обходя компромиссные языковые области в температурно-лобной кореголовного мозга, он может обеспечить медленное, но менее отклоняющееся или избыточное общение.
У пациентов, которые не владеют алфавитом, эффективной альтернативой может оказаться система с изображением. За исключением систем, которые зависят от мышечного контроля, и возможного исключения P300 BCI, текущие BCI зависят от ЭЭГ или одноблочного контроля, получаемого в процессе оперантовых процедур кондиционирования.
Таким образом, очень важен тщательный поведенческий анализ феномена и среды обучения.
Такой анализ требует обширных знаний теории обучения, опыта ее клинического применения и понимания того, как конкретные неврологические нарушения могут повлиять на процесс обучения. Однако большинство современных BCI были разработаны в основном инженерами и другими технически ориентированными группами с ограниченным опытом в области поведенческих принципов и методов.
Интеллектуальное и когнитивное функционирование на высоком уровне, вероятно, не является необходимым для успешного использования системы.
Тем не менее, такие вопросы, как оптимальный выбор ответа, оптимальные типы усиления и графики, а также оптимальные условия стимул-ответа, которые необходимы для успешного формирования любого поведения (в данном случае ЭЭГ или одноблочного контроля), требуют гораздо большего внимания, чем они были получены, и хорошо контролируемые клинические испытания являются существенными.
Развитие BCI требует широкого междисциплинарного сотрудничества между нейронауками, инженерами и инженерами, психологами, программистами и специалистами по реабилитации.
Помимо управления выбранными электрофизиологическими характеристиками, пользователи должны одновременно выбрать сообщение для передачи (например, конкретная буква или направление движения курсора) и наблюдать за фактическим выходным сигналом системы.
Это требует некоторого разделения внимания и может поставить под угрозу управление входными характеристиками.
Тем не менее, может оказаться, что возможности для автоматизации реакции мозга, такие как медленные корковые потенциалы или ритмы ограничена. Вероятно, эта проблема должна быть преодолена путем переключения на систему подкорковых ответов или путем уменьшения размера областей коры, которые производят входной сигнал, используемый BCI системы.
Благодарю за внимание!
