Нейроинтерфейс позволил общаться с «запертыми» людьми

Участница исследования с нейроинтерфейсом

Wyss Center

Международная группа ученых разработала систему, которая позволяет пациентам с синдромом «запертого человека» отвечать «да» или «нет» на заданные вопросы. Результаты работы опубликованы в журнале PLoS Biology.

Синдромом «запертого человека» называется состояние полного паралича мышц, при котором пациент не может двигаться и разговаривать, при этом находится в полном сознании с незатронутыми эмоциями и мышлением. Некоторые из таких людей могут реагировать на сказанное движениями глаз, состояние остальных внешне практически не отличается от комы (в этом случае оно называется синдромом «полностью запертого человека»). Причиной этого состояния могут стать травмы головы, инсульт, энцефалит, полиомиелит и различные неврологические расстройства, связанные с поражением двигательных нейронов или их аксонов.

Существующие экспериментальные нейрокомпьютерные интерфейсы (НКИ) могут частично вернуть «запертым» людям возможность общаться, но требуют имплантации электродов непосредственно в мозг. Попытки создать аналогичные интерфейсы, основанные на регистрации мозговых волн (электроэнцефалографии, ЭЭГ) и некоторых других проявлений активности мозга, успехом пока не увенчались.

В поиске неинвазивной технологии для общения при синдроме «запертого человека» сотрудники Тюбингенского университета с коллегами из других научных центров Германии, США, Китая и Швейцарии создали систему, основанную на функциональной спектроскопии в ближней инфракрасной области (фБИКС, fNIRS). Этот метод позволяет оценивать активность различных участков коры мозга по интенсивности кровотока в них — гемоглобин, в отличие от тканей, хорошо поглощает ближнее инфракрасное излучение.

В испытаниях системы приняли участие четыре пациента, у которых синдром «запертого человека» развился в результате бокового амиотрофического склероза — неизлечимого заболевания, при котором гибель двигательных нейронов приводит к прогрессирующему параличу мышц. В ходе эксперимента исследователи использовали машинное обучение с учителем (методом опорных векторов), чтобы натренировать алгоритм различать ответы «да» и «нет» по изменениям кровотока в лобно-центральных участках коры мозга. Для этого они регистрировали подобные изменения методом фБИКС в то время, когда пациенты реагировали на заведомо верные (например, «Париж — столица Франции») или неверные (например, «Париж — столица Германии») утверждения. Три пациента в течение нескольких недель прошли 46 обучающих сессий, четвертый — 20. Дополнительно к фБИКС ученые регистрировали ЭЭГ, чтобы проверять внимательность участников — низкочастотные дельта- и тета-волны, соответствующие сну, дреме или медитации, коррелировали с увеличением числа ошибок системы.

В результате обучения система смогла различать ответы «да» и «нет» с 70-процентной точностью. После этого пациентам стали задавать вопросы, ответы на которые неизвестны (например, «Болит ли у вас что-нибудь?» или «Хотите ли вы съездить в Лондон?»). Каждый вопрос повторяли 10 раз, и если система по меньшей мере в семи случаях регистрировала ответ «да», он считался реальным мнением пациента.

Таким образом, с помощью системы ученые и родственники получили возможность общаться с «запертыми» пациентами. К примеру, одна из участниц сообщила, что хотела бы увидеть Нью-Йорк, другая — навестить брата в Испании, а пожилой пациент выразил отрицательное отношение к браку своей внучки с мужчиной младше нее.

Исследователей интересовал вопрос, насколько их подопечные удовлетворены жизнью в своем состоянии, и, по словам одного из авторов работы Нильса Бирбаумера (Niels Birbaumer), все участники сообщили, что «жизнь прекрасна». Эти контринтуитивные данные соответствуют результатам исследования 2011 года, согласно которым большинство пациентов со стабильным синдромом «запертого человека» вполне довольны жизнью, что необходимо учитывать при обработке запросов на эвтаназию (при стабилизации «запертого» состояния отношение к жизни может измениться в лучшую сторону). Как пояснил другой член научного коллектива Уджвал Чаудхари (Ujwal Chaudhary), существует гипотеза о том, что мозг людей в этом состоянии, пытаясь защитить рассудок, утрачивает способность к обработке негативных эмоций.

Разработкой и совершенствованием нейроинтерфейсов занимаются группы ученых по всему миру, и многим удалось достичь немалых успехов. В качестве примеров можно привести системы, позволяющие управлять отдельными пальцами протеза, самостоятельно принимать пищу, передвигаться и осязать искусственную руку при параличе конечностей, а также частично восстановить спинной мозг после травмы. Недавно американо-китайскому коллективу удалось довести скорость неинвазивного нейроинтерфейса до одного символа в секунду.

Олег Лищук

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.