Макак научили мысленно управлять креслом-каталкой

Имплантированные в моторную кору головного мозга обезьян микроэлектроды позволили регистрировать мысленные команды и управлять движением кресла-каталки. В будущем такая технология может дать самостоятельность парализованным больным. О ней рассказывают статья, опубликованная в журнале Scientific Reports, и пресс-релиз Медицинской школы Университета Дьюка.
Группа профессора Мигеля Николесиса (Miguel Nicolelis) широко известна рядом впечатляющих демонстраций возможностей «интерфейса мозг — машина» (Brain-Machine Interface, BMI). Ученые напрямую подсоединяли ИК-датчики к сенсорной коре крыс, открывая у них способности видеть в новой части спектра; с помощью имплантированных в мозг обезьян микроэлектродов реализовывали «мысленное» управление рукой-манипулятором. В новой работе массивы из примерно 150 микроэлектродов в моторной коре позволили макакам-резусам контролировать движения колес инвалидного кресла.
Обезьяны неподвижно сидели в «кресле», закрепленном на простой колесной платформе с электродвигателями. Для начала ученые сами управляли ее движением и регистрировали связанные с тем или иным направлением паттерны активности нейронов, возникающие в первичной моторной коре (М1), первичной сенсомоторной коре (S1) и дорсальной стороне премоторной коры (PMd), которая участвует в подготовке и планировании движений. Таким образом авторы подготовили «базу данных» характерных нейронных паттернов — эта информация стала основой для интерпретации сигнала в эксперименте.
Макак привлекали угощением — виноградом, а интерфейс BMI регистрировал и интерпретировал активность их мозга, посылая соответствующие сигналы колесной платформе. Добраться до награды подопытным животным удалось с первого же раза, однако по мере тренировки точность управления платформой заметно возрастала, и с каждым повтором на ту же задачу у них уходило все меньше времени.
Кроме того, авторы отметили, что по мере приобретения обезьяной опыта микроэлектроды регистрировали все более яркое проявление нового паттерна активности, который оказался связан с дистанцией, которую осталось преодолеть до получения награды. Вскоре ученые сумели интерпретировать этот новый сигнал и на его основе предсказывать, на каком расстоянии от приманки находится обезьяна.

Неинвазивные методы регистрации активности мозга — такие как электроэнцефалография — по понятным причинам считаются более подходящими для помощи больным. Однако пока они не готовы составить конкуренцию имплантированным микроэлектродам — ни в точности, ни в чувствительности работы. «Некоторые парализованные люди даже моргнуть не могут, — сказал профессор Николесис пресс-службе Университета Дьюка. — Для них использования неинвазивных методов... может быть недостаточно. Нам удалось показать, что интракраниальные импланты позволяют контролировать движение кресла намного лучше них».

Стоит отметить, что в эксперименте участвовали макаки К и М, которые использовались учеными и в ряде предыдущих опытов. Массивы микроэлектродов были имплантированы им еще более трех лет назад, так что при выполнении работы ни одно новое животное не пострадало.

Роман Фишман