Пробив: Пациент с парализа управлява устройства чрез мисъл

Центърът за върхови постижения в областта на науката за мозъка и интелигентните технологии към Китайската академия на науките съобщава за постигнат от учените пробив по време на второто клинично изпитване на инвазивния интерфейс мозък-компютър. Пациент с квадриплегия (парализа и на четирите крайника на тялото) управлява инвалидна количка на открито и командва роботизирано куче като използва само мислите си. Клиничното изпитване представлява значителна технологична промяна от двуизмерен контрол на курсора на екрана към триизмерно взаимодействие с физическия свят, а пациентите могат да използват мозъка си, за да постигнат скорост, с която хората използват мобилни телефони, съобщават от Китайската академия на науките. От Центъра за върхови постижения в областта на науката за мозъка и интелигентите технологии работят заедно с екипи от болница "Хуашан", която е част от Университета Фудан и още няколко институции.

Историята на мъжа

Мъжът е на 37 години. През 2022 г. претърпява инцидент, вследствие на което получава травма на гръбначния мозък. Това от своя страна води до парализа на ръцете и краката му. Остават подвижни единствено главата и шията му. Няма промяна в състоянието му и след една година рехабилитация. Промяната настъпва, когато мъжът става част от клиничното изпитване.

Изследователят от Центъра за върхови постижения в областта на науката за мозъка и интелигентните технологии Джао Джънтуо казва, че участниците в проучването са подбрани по строги научни и етични критерии. Това са хора с увреждане на гръбначния мозък или ампутация на горните крайници. При избора им учените се съобразяват със степента на двигателната им дисфункция.

„Взехме предвид и дали имат други сериозни заболявания, и дали мозъчният кортекс (двигателната кора на мозъка, която управлява доброволните движения на тялото) е непокътнат. Преди самата операция използвахме функционална магнитно-резонансна томография, комбинирана с компютърна томография, за да реконструираме персонализиран 3D модел на участника и подробна функционална карта на двигателната кора на човешкия мозък, което гарантира точността на мястото на имплантиране“, разяснява Джао Джънтуо.

Операцията

Операцията използва революционен метод на вграждане – вместо да отварят целия череп, учените изтъняват жлеб над двигателната кора. Жлебът е с размер на монета, за да може устройството да се побере в него. В него правят отвор с диаметър 5 милиметра. През него и чрез пробождане с помощта на волфрамови игри вграждат в мозъчната тъкан гъвкави невронни електроди, които приличат на две тънки ленти.

И точно тези невронни електроди постигат пробива.

Пробивът

Китайските учени подчертават, че техните невронни електроди имат значително предимство пред създадените от Neuralink, САЩ, (компанията за мозъчни импланти на Илон Мъск). Площта на напречното сечение на китайските е 1/7 от американските и това го прави най-малкият невронен електрод, създаден до момента. Той е около 1/100 от дебелината на човешкия косъм, което намалява значително травмата при имплантиране.

Гъвкавостта е другото предимство. Електродът е над 100 пъти по-гъвкав от американския, а това прави откриването на чужд обект практически невъзможно за мозъчните клетки, което от своя страна води до минимални увреждания и възпалителни реакции на мозъчната тъкан.

До този момент извличането и анализирането в реално време в рамките на милисекунди на хилядите невронни импулси, които човешкият мозък освобождава всяка секунда, за да бъдат създадени прецизни компютърни команди за управление, е истинско предизвикателство. Способността за четене на мозъчните невронни сигнали и разчитането на движението след имплантиране е ключово в технологията на интерфейса мозък-компютър. Системата има задачата да завърши целия процес на извличане на характеристики за невронни сигнали, интерпретация на намеренията за движение и създаване на контролни команди в рамките на десетки милисекунди.

Иновацията на китайския екип се крие в разработената от него онлайн рамка за обучение. Подобно на така наречения „преводач на езика на мозъка“ в реално време, тя непрекъснато настройва параметрите въз основа на фините промени в мозъчните сигнали през различните периоди от време като постепенно разбира намеренията на човека и постига истинското взаимодействие „човек-мозък-машина“. Важно е и това, че системата остава стабилна и не спира да декодира, дори когато моделите на мозъчната активност са различни в различните дни. Връща и усещането за практически умения.

Интерфейсът мозък-компютър

Мъжът получава системата за интерфейса мозък-компютър през юни 2025 г. Три седмици след началото на обучението той вече е в състояние да контролира електронни устройства, например, курсори, с мислите си. Това е първото ниво на клиничното изпитване. За да подобри допълнително способностите на мъжа, изследователският екип разширява успешно начините на приложение на интерфейса мозък-компютър от двуизмерни екрани до триизмерния физически свят, въвеждайки повече нови технологии.

Така системата позволява на хората да управляват мобилни телефони и компютри чрез мисълта си, но и да бъдат в състояние да контролират интелигентни роботи.

Бъдещето

Мозъчно-компютърният интерфейс е технология, която свързва директно мозъка с външни устройства. Процесът включва преобразуване на невронна активност в машинно четими сигнали или въвеждане на външна информация обратно в мозъка, като по този начин се постига невронна модулация или контрол над ума. Концепция е американска и е от 70-те години на миналия век и започва да се прилага експериментално през 90-те години. Сега най-добрите й приложения са в областта на медицината. Например, подобрява или дори възстановява функциите на хора, които не могат да се движат или да говорят. Използва се и за лечение на неврологични и психични заболявания.

„В момента свързваме сравнително прости физически външни устройства, например, електрически инвалидни колички, роботизирани ръце и кучета. В бъдеще се надяваме да подобрим нивото и чрез технологията за интерфейс мозък-компютър, да контролираме различни интелигентни терминални устройства като хуманоидни роботи“, казва Джао Джънтуо.

За да улесни бъдещото прилагане, изследователският екип използва по-евтина и универсална роботизирана структура на ръката с надеждата да я направи достъпна за повече пациенти. Джао Джънтуо е убеден, че осъзнаването на стойността на интерфейсите мозък-компютър е неразделна част от разработването на външни интелигенти устройства. Според изследователя именно широкото разпространение на интелигентни периферни устройства като инвалидни колички, роботизирани кучета и хуманоидни роботи, правят приложим контрола на мисълта на интерфейса мозък-компютър и подобряват ефективно качеството на живот на пациентите.

Джао Джънтуо прогнозира, че интерфейсите мозък-компютър ще постигнат широкомащабно приложение в рамките на 3 години за реконструкция на двигателни и езикови функции, а за 5 години ще бъде постигнат пробив във възстановяването на изкуственото зрение и слуха и в прецизното регулиране на заболявания като болестта на Паркинсон и депресията.

Мозъчно-компютърните интерфейси са интегрирани с изкуствения интелект (ИИ).

„Това е дълбоко интегриране на три нива. Първото използва алгоритми на изкуствен интелект за декодиране на сложни невронни сигнали, като основата сега. Второто ниво е, когато мозъчно-компютърният интерфейс действа като източник на човешките намерения от по-високо ниво, работейки заедно с агенти на изкуствения интелект, които имат автономни възможности да изпълняват, като хората управляват стратегията, а ИИ – тактиките. Третото ниво е интеграцията и е най-изобретателното“, разяснява Джао Джънтуо, според когото бъдещите интерфейси мозък-компютър могат да постигнат дълбока връзка между биологични и изкуствени невронни мрежи на информационно ниво, а човешкият контрол върху периферните устройства вече няма да включва изпращане на подробни команди за движение, а по-скоро ще бъде постигнат контрол чрез директно свързване на модели на невронна активност, подобно на контролирането на собствените крайници.