Новый рекорд: парализованный набирает восемь слов в минуту с помощью мозгового имплантата

Парализованных людей в мире много. Только в США 5,1 млн человек парализованы в той либо иной степени. В некоторых случаях паралич — прогрессирующий. Боковой амиотрофический склероз — одно из заболеваний, которое приводит к полному параличу. С течением времени человек, страдающий этим заболеванием, теряет возможность управлять даже лицевыми нервами, а в финальной стадии заболевания — и мышцами глазных яблок.

Такие пациенты не могут общаться с окружающими людьми или реагировать на внешние факторы. Они замкнуты в себе, хотя умственная деятельность обычно не затронута. Раньше возможность общения с такими людьми отсутствовала, они были предоставлены самим себе. Но по мере развития технологий новые возможности появляются и в медицине. Например, разработка Нильса Бирбаумера (Niels Birbaumer), сотрудника Wyss Center for Bio and Neuroengineering, помогла понять, что думают люди, у которых отсутствует моторно-двигательная активность.

Медики под руководством Бирбаумера создали нейроинтерфейс, измеряющий в режиме реального времени уровень кислорода в крови и электрическую активность мозга. При создании своей системы учёные поставили цель научиться понимать, когда парализованный человек говорит (мысленно) «да», а когда — «нет». Такая система, к сожалению, годится только для диалога в режиме «вопрос — ответ», причем ответы, как видим, односложные.

Коллеги Бирмбауера из Стэнфорда разработали технологию, которая позволяет таким пациентам общаться при помощи печатного текста. Буквы парализованные люди набирают на виртуальной клавиатуре, которая расположена на экране, стоящем перед ними. Правда, технология требует инвазивного вмешательства — вживления мельчайших электродов в головной мозг человека. В системе таких электродов около ста, и они настолько тонкие, что медики могут вживлять их рядом с нейронами участков головного мозга, отвечающих за управление движением рук.

Специальная система воспринимает сигналы с этих нейронов, обрабатывает с помощью алгоритма и передаёт по кабелю на компьютер с устройством ввода. Для набора текста человеку с электродом нужно представить, как он двигает рукой, нажимая на виртуальную кнопку с буквой, показываемую ему на экране.

Перед использованием системы пациенту необходима тренировка, но у большинства добровольцев управлять виртуальной клавиатурой получается практически сразу. После тренировки участников проекта просят напечатать фразу «The quick brown fox jumped over the lazy dog», в которой содержатся все буквы английского алфавита и пробелы. Сейчас ученые из Стэнфорда во главе с Кришна Шеной и Джейми Хнедресоном работают с тремя добровольцами. Все они парализованы, хотя и имеют возможность управлять мышцами глаз, мимическими мышцами или даже полностью сохраняют способность контролировать мимику и даже говорить.

Один из пациентов по имени Деннис Дэгрей потерял возможность двигаться в 2007 году. Он пошел выбрасывать мусор, хотя на улице шел дождь. Не донеся пакеты с отходами до мусорного контейнера всего на несколько метров, он поскользнулся на траве и упал. При падении Дэгрей сильно стукнулся подбородком, что привело к повреждению спинного мозга. Дэгрей не может управлять ни одной мышцей, расположенной ниже точки, где череп соединяется с позвоночником. Он может говорить, но не может набирать текст или управлять компьютером.

Новая технология помогла Деннису и еще двум добровольцам снова общаться при помощи компьютера. Скорость набора в этом случае составила 7,8, 6,3 и 2,7 слова в минуту для каждого из пациентов. Деннис — лидер тройки, его показатель — почти 8 слов в минуту.

Для сравнения, скорость набора текста на экране смартфона обычным человеком, хорошо знакомым с современными технологиями, составляет 12-30 слов в минуту. Отставание от нижней границы у Денниса не такое уж и большое. Сам он воспринимает новую систему как видеоигру, которая доставляет большое удовольствие и за которую не нужно платить.

Женщина, которая также участвует в эксперименте, однажды помогла разработчикам обнаружить баг в системе. В тот день она пыталась общаться, как обычно, но не получалось — курсор не двигался вправо. Она тоже сохранила способность говорить, поэтому смогла сообщить о проблеме разработчикам. После трех дней поисков бага они его все же нашли и поняли, что пациентка была права.

Пока что система, которую создали ученые из Стэнфорда, является пробной. Она основывается на результатах исследования этой же команды, проведенного в 2015 году. Тогда специалистам удалось создать алгоритм, обрабатывающий сигнал мозга обезьяны (позже — человека) и направляющий курсор на экране в ту сторону, куда его захотел передвинуть обладатель вживленного электрода.

Это лишь прототип, который разработчики будут совершенствовать. Через 10 лет, как считают участники проекта, системы будут гораздо совершенными: с автокалибровкой, беспроводные и миниатюрные. Никаких железок, торчащих из головы, не будет. Работать с такой системой смогут люди как с частичным параличом, так и пациенты, полностью лишенные возможности двигаться.

Парализованных людей в мире много. Только в США 5,1 млн человек парализованы в той либо иной степени. В некоторых случаях паралич — прогрессирующий. Боковой амиотрофический склероз — одно из заболеваний, которое приводит к полному параличу. С течением времени человек, страдающий этим заболеванием, теряет возможность управлять даже лицевыми нервами, а в финальной стадии заболевания — и мышцами глазных яблок.

Такие пациенты не могут общаться с окружающими людьми или реагировать на внешние факторы. Они замкнуты в себе, хотя умственная деятельность обычно не затронута. Раньше возможность общения с такими людьми отсутствовала, они были предоставлены самим себе. Но по мере развития технологий новые возможности появляются и в медицине. Например, разработка Нильса Бирбаумера (Niels Birbaumer), сотрудника Wyss Center for Bio and Neuroengineering, помогла понять, что думают люди, у которых отсутствует моторно-двигательная активность.

Медики под руководством Бирбаумера создали нейроинтерфейс, измеряющий в режиме реального времени уровень кислорода в крови и электрическую активность мозга. При создании своей системы учёные поставили цель научиться понимать, когда парализованный человек говорит (мысленно) «да», а когда — «нет». Такая система, к сожалению, годится только для диалога в режиме «вопрос — ответ», причем ответы, как видим, односложные.

Коллеги Бирмбауера из Стэнфорда разработали технологию, которая позволяет таким пациентам общаться при помощи печатного текста. Буквы парализованные люди набирают на виртуальной клавиатуре, которая расположена на экране, стоящем перед ними. Правда, технология требует инвазивного вмешательства — вживления мельчайших электродов в головной мозг человека. В системе таких электродов около ста, и они настолько тонкие, что медики могут вживлять их рядом с нейронами участков головного мозга, отвечающих за управление движением рук.

Специальная система воспринимает сигналы с этих нейронов, обрабатывает с помощью алгоритма и передаёт по кабелю на компьютер с устройством ввода. Для набора текста человеку с электродом нужно представить, как он двигает рукой, нажимая на виртуальную кнопку с буквой, показываемую ему на экране.

Перед использованием системы пациенту необходима тренировка, но у большинства добровольцев управлять виртуальной клавиатурой получается практически сразу. После тренировки участников проекта просят напечатать фразу «The quick brown fox jumped over the lazy dog», в которой содержатся все буквы английского алфавита и пробелы. Сейчас ученые из Стэнфорда во главе с Кришна Шеной и Джейми Хнедресоном работают с тремя добровольцами. Все они парализованы, хотя и имеют возможность управлять мышцами глаз, мимическими мышцами или даже полностью сохраняют способность контролировать мимику и даже говорить.

Один из пациентов по имени Деннис Дэгрей потерял возможность двигаться в 2007 году. Он пошел выбрасывать мусор, хотя на улице шел дождь. Не донеся пакеты с отходами до мусорного контейнера всего на несколько метров, он поскользнулся на траве и упал. При падении Дэгрей сильно стукнулся подбородком, что привело к повреждению спинного мозга. Дэгрей не может управлять ни одной мышцей, расположенной ниже точки, где череп соединяется с позвоночником. Он может говорить, но не может набирать текст или управлять компьютером.

Новая технология помогла Деннису и еще двум добровольцам снова общаться при помощи компьютера. Скорость набора в этом случае составила 7,8, 6,3 и 2,7 слова в минуту для каждого из пациентов. Деннис — лидер тройки, его показатель — почти 8 слов в минуту.

Для сравнения, скорость набора текста на экране смартфона обычным человеком, хорошо знакомым с современными технологиями, составляет 12-30 слов в минуту. Отставание от нижней границы у Денниса не такое уж и большое. Сам он воспринимает новую систему как видеоигру, которая доставляет большое удовольствие и за которую не нужно платить.

Женщина, которая также участвует в эксперименте, однажды помогла разработчикам обнаружить баг в системе. В тот день она пыталась общаться, как обычно, но не получалось — курсор не двигался вправо. Она тоже сохранила способность говорить, поэтому смогла сообщить о проблеме разработчикам. После трех дней поисков бага они его все же нашли и поняли, что пациентка была права.

Пока что система, которую создали ученые из Стэнфорда, является пробной. Она основывается на результатах исследования этой же команды, проведенного в 2015 году. Тогда специалистам удалось создать алгоритм, обрабатывающий сигнал мозга обезьяны (позже — человека) и направляющий курсор на экране в ту сторону, куда его захотел передвинуть обладатель вживленного электрода.

Это лишь прототип, который разработчики будут совершенствовать. Через 10 лет, как считают участники проекта, системы будут гораздо совершенными: с автокалибровкой, беспроводные и миниатюрные. Никаких железок, торчащих из головы, не будет. Работать с такой системой смогут люди как с частичным параличом, так и пациенты, полностью лишенные возможности двигаться.