Вокруг Света 2007 № 02 (2797) - [29]

Григорий Козлов

Интерфейс для головного мозга

Принцип работы головного мозга всегда был, да и теперь остается для исследователей terra incognita. Несмотря на фантастические достижения нейрохирургии, не существует даже какой-нибудь цельной теории его функционирования. Но не дожидаясь ее появления, инженеры уже сейчас создают приборы, которые в будущем существенно расширят возможности человека.

В1929 году австрийский психиатр Х. Бергер обнаружил так называемые «мозговые волны», которые можно регистрировать по колебаниям электромагнитного поля на поверхности черепа. Он также заметил, что состояние испытуемого существенно меняет характеристики этих сигналов. Наиболее заметными оказались волны относительно большой амплитуды с частотой около 10 циклов в секунду. Бергер дал им название «альфаволны». В более активном состоянии Бергер зафиксировал «бета-волны» с более высокой частотой. Это открытие привело к созданию электроэнцефалографии (ЭЭГ) — метода изучения мозга, основанного на регистрации и анализе биотоков. Электрическая активность мозга возникает уже у плода и прекращается только с наступлением смерти. Она сохраняется даже при глубокой коме или наркозе, хотя и с существенными изменениями.

  

Для снятия электроэнцефалограммы на голове закрепляются от 8 до 32 электродов. Для лучшего контакта со скальпом служит специальный электродный гель. Данные регистрирует компьютер. На сегодня эта технология отработана уже настолько, что в мире есть даже любители, снимающие и изучающие ЭЭГ

На сегодня ЭЭГ — один из самых простых технических способов изучения мозга. Однако анализ ЭЭГ позволяет получить лишь весьма общие данные о его работе. Нейрофизиологам и нейропсихологам этого инструмента совершенно недостаточно. Иное дело — инженеры, которым хватает тех изменений, которые регистрирует энцефалограф.

В 2003 году корейские инженеры из компании Lims Technology в сотрудничестве с Университетом провинции Чанбук (Chungbuk Provincial University) решили продемонстрировать свою разработку, причем максимально красочно, как это любят делать корейцы. Предварительно был проведен анализ различных состояний испытуемого человека. Пациента вводили в состояние гипноза, пугали, смешили, предлагали смотреть на яркую лампу или, наоборот, погружали в полную темноту. На основе собранных данных на ЭЭГ были выделены признаки, которые с определенной точностью характеризовали состояние человека. Чтобы опыты не превратились в пыточный кошмар, решено было ограничиться эмоциями, в которые пациент может погружать себя самостоятельно.

Если серьезно, то разработчики решили развить работу профессора МГУ Александра Каплана, который занимался составлением каталога так называемых «ЭЭГ-маркеров неблагоприятных функциональных состояний мозга человека». Испытуемый легко может расстроить или рассмешить себя, что моментально отображается на снимаемых с головного мозга данных. Каталог состояний-маркеров позволил точно идентифицировать состояние человека и переводить их в команды роботу. Собрать устройство, которое принимает сигнал ЭЭГ, распознает маркеры и преобразует их в соответствующие сигналы компьютеру, — задача для студента технического вуза.

Этот простой опыт был продемонстрирован по телевидению. Девушка из числа зрителей надела шлем с электродами. Затем ведущий рассказал ей простенькую шутку, заставив ее улыбнуться, — и небольшая игрушечная машинка сдвинулась вперед. Это моментально вызвало бурю восторга в зале и у самой девушки, что в свою очередь еще больше разогнало игрушку. Затем ведущий рассказал грустную историю. Смена настроения участницы немедленно заставила машинку откатиться назад. На этом «обучение» закончилось, и ведущий предложил девушке самостоятельно припоминать что-либо радостное или грустное из своей жизни и таким образом проехать на игрушечном автомобиле несложную трассу.

Зрители поудивлялись и забыли, а профессор Каплан спустя два года хотя и подтвердил большую часть своих первоначальных выводов, но все же отметил, что довольно высокий процент людей не в состоянии адаптироваться к управлению техническими устройствами посредством изменения своей ЭЭГ без помощи мышечного аппарата. И даже те, у кого это получается, не могут долго контролировать свое состояние. Очевидно, что такой способ управления роботами вряд ли годится для управления чем-либо более точным и сложным, чем игрушечный автомобиль.

  

Клаудиа Митчелл потеряла руку в ДТП и получила взамен «умный» протез, присоединенный к нервным окончаниям 

Искусственная рука

Казалось, до решения вопроса управления эрзац-конечностями по-прежнему так же далеко, как и сотню лет назад. Между тем в Шотландии, а затем и в США давно проводят гораздо более сложные исследования, позволившие создать искусственную конечность, управляемую нервными импульсами, но тут уже не удалось обойтись без хирургического вмешательства. Изобретатели из Эдинбургского университета с типично техническим юмором назвали свое детище EMAS (Edinburgh Modular Arm System) — по имени прихрамывающей собаки одного из инженеров. Искусственную конечность, которая имела управляемые узлы в запястье, локте и плече, получил в 1993 году доброволец Кэмпбелл Эйрд (Campbell Aird), лишившийся руки из-за рака. К тому времени это был самый совершенный протез, его стоимость оценивается в 170 тысяч долларов. Он успешно прослужил 10 лет, после чего был взят разработчиками на модернизацию. Точность и качество исполнения механизмов и электроники можно оценить по тому, что Эйрд снова стал заниматься спортивной стрельбой и даже управлять спортивным самолетом. К сожалению, представители университета не опубликовали детальной информации об устройстве протеза. Известно только то, что для управления механизмами используются нервные импульсы в мускулах оставшейся части плеча. Возможно, поэтому данная разработка пока не заинтересовала ни один инженерно-медицинский концерн.