Страница 13 из 14
Участникам предлагали представить себе, как они двигают ведущей рукой, пока они видели аналоговое изображение текущего уровня активности в соматомоторной коре. Им было также дано задание усилить активность в этой области мозга. Посредством тренинга участникам удавалось улучшить свой контроль активности мозга, анатомически специфичный для соматомоторной коры. После тренинга, пользуясь одними только двигательными изображениями, участники могли по своей воле усиливать активность этой зоны мозга сравнимо по величине с соматомоторной активностью, измеренной во время реальных движений ведущей рукой. Примечательно, что участники могли сохранять контроль над соматомоторной активностью даже после того, как к ним переставала поступать информация с рвфМРТ.
В другом исследовании Кристофер Дешарм и его коллеги применяли тот же подход, чтобы приучить участников контролировать уровень активности в ростральной передней поясной коре (рППК), участке мозга, известного своей связью с восприятием боли[94]. Участникам пришлось учиться усиливать (активировать) и ослаблять (деактивировать) активность рППК в процессе получения болезненной термостимуляции. Примечательно, что успешная активация деятельности рППК – в процессе применения болевых термальных раздражителей, – привела к субъективно более высокой оценке боли; и наоборот, эффективная деактивация – к более низким оценкам уровня боли.
Другие исследования нейрофидбека с применением рвфМРТ показали, что здоровый человек способен быстро научиться контролировать области мозга, участвующие в визуальном и слуховом восприятии. Возможно, основанный на рвфМРТ тренинг нейрофидбека в конце концов будут применять для улучшения деятельности – стимуляции активности в участках мозга, к примеру, связанных с памятью. В будущем нейрофидбек на основе рвфМРТ может также найти применение в лечении тревожных и депрессивных расстройств.
Дж. Пол Гамильтон, нейробиолог из Стэнфордского университета, вместе с коллегами недавно выяснял, можно ли с помощью нейрофидбека с применением рвфМРТ управлять активностью субгенуальной передней поясной коры (сППК)[95]. Считается, что этот отдел передней поясной коры участвует в создании эмоциональных состояний и имеет отношение к глубокой депрессии. В своем исследовании Гамильтон с коллегами предложили восьми женщинам снизить активность сППК, усилив позитивный настрой. Тем удалось. Следовательно, есть вероятность, что структуры мозга, в работе которых при депрессивных расстройствах наблюдаются отклонения, можно контролировать с помощью нейрофидбека с применением фМРТ в режиме реального времени.
Однако нейрофидбек – лишь одно из применений НКИ, нейрокомпьютерных интерфейсов.
Мэтт Нейгл был парализован от шеи и ниже после того, как ему нанесли колотую рану. В 2005 году он стал первым человеком, управлявшим искусственной рукой при помощи НКИ. Имплантат с 96 электродами был размещен на поверхности двигательной зоны его мозга, над участком, связанным с его ведущей левой рукой и ногой. Этот имплантат также позволил Нейглу мысленно управлять телевизором и проверять электронную почту[96].
Сначала НКИ выявляет изменения в сигналах мозга, которые отражают намерение пользователя, затем переводит эти изменения в сигналы, отдающие команду об осуществлении желаемого действия. Основная задача НКИ – восстановить движение, зрение и слух, частично или полностью утраченные. Эти каналы коммуникации связывают разум и мозг пользователей с их окружением, позволяют учиться управлять внешними устройствами – теми же программами для обработки текстов, выключателями, инвалидными колясками, телевизорами и нейропротезами[97].
Системы НКИ могут управляться электрофизиологическими сигналами, которые считывают с кожи головы или напрямую из мозга. К примеру, человек может научиться пользоваться активностью СМР, используя различные виды двигательных образов, чтобы подавать сигналы «да» или «нет» курсору на компьютерном экране или нейропротезу руки[98]. В настоящий момент системы НКИ приносят пользу главным образом людям с серьезными двигательными нарушениями, препятствующими произвольному управлению мышцами. Такие нарушения наблюдаются у людей с травмами позвоночника, боковым амиотрофическим склерозом (БАС, также известным как болезнь Лу Герига), тяжелыми церебральными параличами, мышечной дистрофией и острыми заболеваниями, вызывающими обширный паралич (тот же «синдром запертого человека»).
Ближе к концу 90-х годов ХХ века немецкий нейробиолог Нильс Бирбаумер и его коллеги разработали «ментальную пишущую машинку» для пациентов с БАС. Эти пациенты были обучены создавать медленные корковые потенциалы (МКП) – отрицательную или положительную поляризацию ЭЭГ – по команде, воспринимаемой на слух. При достижении более чем 70 % контроля пациенты видели буквы и слова на экране компьютера или слышали, как их произносит текстовый редактор. Пациенты вызывали МКП после появления желаемой буквы – и так, буква за буквой, создавали слова[99].
В настоящее время проводится все больше исследований НКИ, направленных на методики осуществления людьми контроля над своим окружением при помощи мыслей. Вполне вероятно, что скоро неинвазивные НКИ будут использовать и люди, не имеющие инвалидности. Об этой возможности ученые из исследовательского института IDIAP, специализирующегося на разработке НКИ, недавно сообщили по результатам удивительного эксперимента. Во время него два здоровых человека сумели силой мысли перемещать робота через несколько комнат, пользуясь НКИ на основе ЭЭГ[100].
Не так давно Цзыпин Чжун, ученый из Центра вычислительной нейробиологии Шварца при Университете Калифорнии в Сан-Диего, вместе с коллегами разработал новый НКИ, способный помочь людям с тяжелой инвалидностью общаться с другими. Этот НКИ позволяет пользователям звонить по мобильному телефону, набирая номер силой мысли. Устройство состоит из повязки ЭЭГ на голову, подсоединенной к блютус-модулю, который без проводов передает ЭЭГ-сигналы мобильному телефону Nokia. Этот НКИ по описанию кажется чем-то из области научной фантастики, однако после краткого обучения им почти со стопроцентной точностью может овладеть большая часть пользователей. В конечном итоге, таким психонейрофоном могут пользоваться и совершенно дееспособные пользователи мобильников[101].
Венчурная компания NeuroSky Inc. с головным офисом в Сан-Хосе, Калифорния, ведущая разработки в том же направлении, создала прототип устройства, читающего ЭЭГ-волны с помощью сенсоров, закрепленных на лбу пользователя. Этот прототип, представленный в 2008 году на выставке Международной ассоциации индустрии беспроводных телекоммуникаций, показывает обработанные ЭЭГ-сигналы на экране мобильника, чтобы продемонстрировать степень релаксации пользователя. Через эти же сигналы можно управлять движениями персонажа в видеоигре, идущей на экране мобильника. Компания NeuroSky в настоящее время планирует разработку НКИ для управления домашними игровыми приставками и аудиовизуальным оборудованием для бытового использования[102].
Неудивительно, что мысленный контроль активности мозга привлек внимание производителей игрушек и игр. Несколько лет назад компания Mattel выпустила Mind Flex – игру на основе технологических разработок компании NeuroSky. Играющие надевают на голову аппарат с налобным сенсором, считывающим ЭЭГ-активность. Эта активность преобразуется в сигнал, который передается как радиочастота. При достаточной сосредоточенности игроки могут привести в действие вентилятор, который поднимает мячик и проводит его через полосу препятствий на столе. От умения участников игры управлять мозговыми волнами зависит их успешное проведение мячика через все препятствия.
94
R. C. deCharms et al., “Control over Brain Activation and Pain Learned by Using Real-Time Functional MRI,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102 (2005): 18626-31.
95
J. P. Hamilton et al., “Modulation of Subgenual Anterior Cingulate Cortex Activity with Real-Time Neurofeedback,” Human Brain Mapping 32 (2011): 22–31.
96
http://www.nature.com/nature/focus/brain/experiments/.
97
Нейропротез – устройство, восполняющее двигательную или сенсорную способность, утраченную в результате болезни или травмы. Кохлеарный имплантат – один из примеров нейропротеза.
98
J. J. Daly and J. R. Wolpaw, “Brain-Computer Interfaces in Neurological Rehabilitation,” Lancet Neurology 7 (2008): 1032-43.
99
N. Birbaumer et al., “A Spelling Device for the Paralysed,” Nature 398 (1999): 297-98.
100
http://www.i
101
D. Graham-Rowe, “Dialing with Your Thoughts,” April 12, 2011, http://www.technologyreview.com/communications/37357/?pi=Ai&a=f.
102
H. Yomogida, “NeuroSky Demos Brain-Controlled Mobile Phone Applications,” September 11, 2008, http://www.technologyreview.com/communications/37357/?pi=Ai&a=f.