Не впервые и не новый метод

Новый метод тренировки нейрокомпьютерного протеза позволил избавиться от внутричерепных электродов

Теперь для передачи сигналов при помощи интерфейса «мозг-компьютер» достаточно лишь тех электродов, которые размещают на поверхности головы испытуемого

Евгения Щербина, «Чердак»

Американские инженеры улучшили методику тренировки алгоритмов, работающих с интерфейсом «мозг-компьютер». Теперь для того, чтобы им пользоваться, не нужно вживлять электроды непосредственно в мозг. Новая разработка позволит гораздо использовать такие интерфейсы в гораздо больших масштабах, чем сейчас.

С помощью интерфейсов «мозг-компьютер» потерявший руку или ногу человек может научиться управлять протезом «силой мысли» – с помощью сигналов моторной коры мозга. Проще говоря, интерфейс имитирует те механизмы, с помощью которых наш мозг управляет конечностями. Как правило, он состоит из электродов, которые считывают сигналы мозга, компьютера, на который эти сигналы подаются для обработки, и устройства, на которое подаются обработанные сигналы, то есть протеза. До недавнего времени для работы нейрокомпьютерных интерфейсов нужно было внедрять электроды прямо в мозг, а это, очевидно, может быть опасно. Поэтому подобные механизмы применяли в очень редких случаях.

Главная причина, по которой электрический сигнал нельзя считывать с поверхности черепа, состоит в том, что в этом случае в сигнале слишком много помех, поэтому его трудно преобразовывать в правильные движения протеза. Чтобы учесть этот недостаток, авторы новой работы (Edelman et al., Noninvasive neuroimaging enhances continuous neural tracking for robotic device control) искали такие методы, которые позволили бы повысить эффективность интерфейса даже при «грязном» сигнале.

Для этого они модифицировали методику, с помощью которой исследователи обычно обучают алгоритмы, обрабатывающие сигнал, исходящий от мозга. Такие методики, как правило, обучаются на сигналах от мозга людей, которые совершают короткие отрывистые движения. Для этого участники обучающего эксперимента смотрят на специальную точку в центре монитора и мысленно отводят недостающую конечность от этой точки в какое-либо другое место на экране, а потом возвращают ее назад. Такую методику специалисты называют «от центра к центру».

Получающиеся в результате короткие отрывистые движения алгоритму удобнее обрабатывать, однако в этом случае есть и минус, ведь в реальной жизни люди, как правило, не совершают столь точных и резких движений. В сигналах мозга, который управляет более плавными жестами, больше различных непредсказуемых отклонений. В результате получается большая разница между реальностью и результатом обучения алгоритмов.

Авторы статьи решили тренировать программу иначе. Они привлекли 33 здоровых человека, каждый из которых поучаствовал в 10 тестах. Человек должен был «силой мысли», то есть через нейроинтерфейс, управлять роботизированной рукой, стараясь, чтобы она непрерывно следовала за случайными движениями цели на мониторе (это называют заданием на преследование). По сравнению с предыдущей новая методика оказалась более эффективной. Обученный таким способом алгоритм справлялся с традиционными заданиями «от центра к центру» на 60% лучше. Когда таким алгоритмам предлагали другие варианты заданий на преследование, их эффективность повышалась на 500%.

Различные испытания с группами добровольцев (всего их было 68, включая тех, кто участвовал в первоначальной тренировке) показали, что такая методика повышает как точность во время управления протезом, так и эффективность алгоритма при обработке сигнала. При этом вставлять электроды в мозг оказалось не нужно – хватало и того, что электрические сигналы считывались с поверхности головы.

Ученые надеются, что дальнейшая разработка обучения подобных неинвазивных нейроинтерфейсов поможет их более широкому внедрению в медицинскую практику и сделает доступнее для пациентов.

* * *

От редакции:

На самом деле неинвазивные нейроинтерфейсы мозг-компьютер – новость как минимум десятилетней давности. И результаты испытаний описанной выше шапочки-энцефалографа группа под руководством того же Bin He опубликовала полтора года назад, только дизайн эксперимента был совсем другим, как показано на видео.

Но какой же пресс-релиз обходится без слова «впервые»? Сообщение об описанном выше эксперименте так и называется: First-ever successful mind-controlled robotic arm without brain implants :(

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru