BCI: использование взаимодействия человека и машины в реабилитации

задний план

Интерфейс мозг-компьютер (BCI = интерфейс мозг-компьютер) позволяет людям управлять компьютером с помощью нейронных сигналов. Метод основан на наблюдении, что сама идея поведения вызывает измеримые изменения в электрической активности мозга.

BCI состоит из трех элементов. BCI сначала нужно устройство, которое регистрирует активность человеческого мозга. Обычно это делается неинвазивно путем измерения нейронной активности с помощью ЭЭГ (электроэнцефалографии), которая передается на компьютер. Сигналы считываются, оцениваются и преобразуются в управляющие сигналы с помощью систем машинного обучения. Таким образом, оконечным устройством, например голосовой программой или инвалидным креслом, можно управлять с помощью нейронной активности.

Известно, что энергичные упражнения влияют на пластичность мозга. «Мы спросили себя, возникают ли эти эффекты на пластичность мозга, когда задача в контексте эксперимента BCI выполняется чисто умственно, то есть только мысленно, но не физически», - сказал д-р. Кармен Видорре, ученый из Государственного университета Наварры, принимавшая участие в данном исследовании [1, 2]. Это может предложить новые возможности, например, на этапе реабилитации после инсульта.

Постановка целей

Исследовательская группа во главе с доктором Дж. Тилль Нирхаус (Институт когнитивных и мозговых наук Макса Планка, Лейпциг и Берлинский технический университет) в исследовании, недавно опубликованном в Journal of Physiology [1].

методология

В исследовании изучалось влияние двух разных типов ИМК на мозг участников исследования. Испытуемые не имели опыта работы с этой технологией.

Участники исследования были разделены на две группы. Первой группе было предложено задействовать двигательную систему мозга и представить, что они двигают рукой или ногой. Вторая группа должна была тренировать свою зрительную систему и должна была распознавать и выбирать буквы на экране.

До и после выполнения соответствующих задач мозг испытуемых исследовался с помощью структурной и функциональной магнитно-резонансной томографии для выявления возможных изменений.

Полученные результаты

Наблюдались измеримые изменения в областях мозга, которые были специфичны для соответствующей задачи (относящейся к двигательной или зрительной системе). Изменения произошли за короткое время, то есть через час с BCI.

«Остается ответить на вопрос, произойдут ли эти изменения, если бы испытуемые не получали никакой обратной связи через систему BCI, чтобы их мозговые сигналы могли быть успешно прочитаны», - говорит Нирхаус.

Заключение

Исследование продемонстрировало быстрое влияние на параметры МРТ у молодых здоровых добровольцев после выполнения задач BCI. Изменения отражают как структурную, так и функциональную пластичность мозга.

«Пространственная специфичность эффектов BCI, в частности, может открыть возможность, например, у пациентов с инсультом, нацеливаться на участки мозга, которые были повреждены», - говорит профессор д-р. Арно Виллринджер, директор отделения неврологии MPI когнитивных наук и наук о мозге.

По словам исследователей, необходимы дальнейшие исследования, чтобы изучить, как ранние эффекты тренировки с ИМК развиваются в долгосрочной перспективе и как пластичность, вызванная ИМК, может быть использована в терапевтических целях.