Как появились нейроинтерфейсы

Нейроинтерфейс — технология, которая передаёт сигналы из мозга на внешнее устройство, например на компьютер, бытовой прибор или протез. Устройство расшифровывает сообщение и воспроизводит в виде действий или слов.

Всё началось с открытия электроэнцефалографии (ЭЭГ). В 1924 немецкий психиатр Ханс Бергер впервые зафиксировал активность человеческого мозга, разместив электроды на поверхности головы. Сегодня прибор ЭЭГ можно найти в любой больнице. С его помощью выявляют сосудистые нарушения, воспалительные процессы и опухоли в головном мозге. А ещё учёные используют возможности ЭЭГ для создания нейроинтерфейсов.

Первым нейроинтерфейсом считают устройство Stimoceiver. В 1965 году его изобрёл испанский учёный Хосе Дельгадо, он проверял его работу на мозге быка. Девайс представлял собой чип размером с монету. Учёный мог управлять устройством по FM-радиоканалу. Дельгадо выступил в качестве тореадора на корриде — и с помощью кнопки на пульте управления изменил направление движения быка.

На мозге человека нейроинтерфейс впервые был протестирован в 1998 году. Нейроучёный Филипп Кеннеди вживил устройство в мозг полностью парализованного художника и музыканта Джонни Рэя. Во время эксперимента тот должен был представлять, как двигаются его руки. Импульсы из мозга через нейроинтерфейс передавались на компьютер и двигали курсор мышки. Так у Рэя появилась возможность общаться с внешним миром.

А можно обойтись без операции, чтобы использовать нейроинтерфейс?

Да! Нейроинтерфейс не обязательно имплантировать в мозг. Они бывают трёх видов: неинвазивные, малоинвазивные и инвазивные.

Неинвазивные. Работают на основе ЭЭГ. Электроды прикрепляют к поверхности головы, и они считывают изменения электрического поля в нервных клетках. Такие нейроинтерфейсы просты и безопасны, однако менее достоверны, чем инвазивные. Череп и кожный покров хоть и пропускают сигнал, но всё же искажают его.

Малоинвазивные. Располагаются на поверхности мозга. Например, к ним относятся кохлеарные имплантаты — они применяются для восстановления слуха. Такие интерфейсы считаются более точными, чем неинвазивные, и менее опасными, чем инвазивные.

Инвазивные. Вживляются в глубокие слои мозга путём хирургической операции. Такие интерфейсы помогают добиваться большей точности при получении информации. Однако они связаны с рисками для здоровья: воспалением, отмиранием нейронов, эпилепсией.

Пока инвазивные устройства используют редко. Например, их имплантируют людям с тяжёлыми мышечными нарушениями, для которых такой нейроинтерфейс — единственный способ обрести утраченную подвижность и связь с миром.

Для чего используют нейроинтерфейсы

Восстановление моторики. Нейроинтерфейсы позволяют обездвиженным людям заново обрести мобильность. Для этого учёные разрабатывают нейропротезы, которыми можно управлять силой мысли. Мозг посылает сигнал, который передаётся в протез в виде электрических импульсов от нервных окончаний в культе, и протез выполняет нужное действие.

Некоторые протезы позволяют ощущать прикосновение к предметам, как если бы человек касался их реальной рукой. Например, в 2016 году пациент с травмой позвоночника смог протянуть руку президенту Бараку Обаме, а благодаря сенсорам на протезе почувствовал рукопожатие.

Протезы, управляемые импульсами из нервных окончаний, ещё называют бионическими. В России такие устройства производит компания «Моторика».

Компенсация утраченных функций. Такие нейроинтерфейсы замещают нарушенный орган. Например, кохлеарные имплантаты — микрочипы, которые воздействуют на слуховой нерв. Благодаря им люди, потерявшие слух, могут заново различать окружающие звуки и речь.

Люди с ограниченными двигательными и речевыми функциями используют нейроинтерфейсы для коммуникации. Например, компания «НейроЧат» создаёт устройства, которые дают пользователям возможность печатать текст на компьютере или смартфоне, мысленно концентрируясь на буквах. Нейроинтерфейс считывает импульсы мозга с помощью ЭЭГ и преобразует в слова на экране.

Мониторинг психического здоровья. Нейроинтерфейсы могут мониторить психическое состояние человека, отслеживать когнитивную нагрузку и эмоциональный фон. Такие девайсы, например, создаёт российская компания Neiry. Их Mind Tracker показывает:

• загруженность мозга в процентах;
• состояние, в котором находится человек, — вовлечён, встревожен, расслаблен, испытывает стресс или переутомление;
  
• периоды сфокусированности, напряжённости и спокойствия.
  

Трекер не только собирает информацию, но и обучает пользователя контролировать состояние через медитации. Подобные девайсы есть у компаний Neurosity, Emotiv, Muse.

Безопасность и комфорт. Международные корпорации тоже занимаются разработкой нейроинтерфейсов. Например, Nissan создала технологию, которая будет предвосхищать действия водителя.

Устройство по мозговым импульсам отслеживает реакцию человека и посылает сигнал автомобилю — скажем, снизить скорость. Предполагают, что такая технология сделает вождение более безопасным и комфортным.

Развлечения. Нейроинтерфейсы активно используют в игровой индустрии. Например, в игре The Force Trainer по мотивам «Звёздных войн» есть устройство, внутри которого находятся голографические объекты. С помощью нейрогарнитуры пользователь может управлять ими силой мысли.

Существуют и физические игрушки с нейроинтерфейсами: вертолёт Puzzlebox Orbit Helicopter летает, пока пользователь мысленно контролирует его передвижения.

Чего ждать от нейроинтерфейсов в будущем

Мозг человека всё ещё остаётся малоизученным, поэтому учёные со скепсисом смотрят на футуристические идеи вроде наступления эры киборгов или управления всем вокруг силой мысли.

По прогнозам исследовательской компании Grand View Research, нейроинтерфейсы продолжат активно развиваться в сфере медицины. Благодаря таким устройствам обездвиженные люди смогут жить полноценной жизнью, а страдающие эпилепсией, шизофренией и неврологическими заболеваниями получат эффективное лечение.

Исследователи также считают, что в ближайшем будущем нейроинтерфейсы внедрятся в компьютерные и VR-игры. Например, разработчик Valve занимается созданием девайса, который позволит управлять игровым процессом силой мысли.

Уже сейчас нейроинтерфейсы используют для управления умным домом. Такой интерфейс есть у компании «Ростех», он предназначен для людей с ограниченными возможностями. Устройство позволяет человеку включать свет, бытовые приборы и управлять инвалидной коляской без физических действий. Ожидается, что такие технологии будут развиваться — и станут доступны всем людям.