Женщина-инвалид пьет кофе при помощи кибернетической руки. Архив

Валерий Спиридонов, для РИА Новости

Представьте себе, что вы просыпаетесь после долгого сна. Тот момент, когда мышцы немеют и необходимо пошевелиться, чтобы вернуть себе способность двигаться. Иногда это приходится осуществлять, даже не чувствуя конечности, — настолько сильно нарушена циркуляция крови. Знакомо?

Сегодня команда итальянского нейрохирурга Сержио Канаверо предполагает, что примерно схожие ощущения предстоит испытать среди прочих и пациенту, перенесшему трансплантацию тела. А скорее всего, даже более сильные эмоции. Ведь будет прервана не только циркуляция крови, но и полностью нарушены все нервные связи с целым организмом. Приходится учитывать это, готовиться и думать, как подготовить человека к восстановлению контроля головного мозга над органами и конечностями.

Среди бесчисленного количества биологических, химических, хирургических тестов и подготовок в технологии Канаверо есть этап, прямо связанный с близкой мне сферой.

Частично отработать описанную выше ситуацию возможно с помощью компьютерного симулятора виртуальной реальности. К счастью, уровень технологий сегодня обеспечивает достаточную степень достоверности искусственно созданного внутри компьютера окружения, чтобы разум не отвлекался на качество поступающей интерактивной визуальной информации, ранее указывавшее на несерьезность, «игрушечность» происходящего на экране.

Сегодня компьютерную графику почти нельзя отличить от фотографий реального мира.

 Смоделированный компьютером холл торгового центра

Представленные выше изображения полностью смоделированы с помощью компьютерных программ для создания игр, нашедших свое применение в совсем не игровых отраслях — от тренажеров пилотов авиалайнеров и до интерактивных учебных пособий по работе медиков. Современные шлемы виртуальной реальности также относительно недавно достигли необходимого уровня разрешения для комфортного погружения в трехмерную симуляцию.

Актуальность разработки программно-аппаратного комплекса, призванного адаптировать пациента к новому организму, очевидна для всех медиков и инженеров. Кроме явных физиологических новшеств, которые получит будущий владелец другого тела, предстоит огромная работа по тренировке психики для привыкания к различным аспектам изменившейся жизни.

Самый простой пример — это высота. Для кого-то кажется совершенно привычным взгляд на мир с высоты своего роста, например 170 см. Однако многое выглядит иначе с высоты человека, значительную часть жизни просидевшего в инвалидном кресле, да еще с деформированным позвоночником. Для меня это примерно 110—115 см от земли. Не выше крышек некоторых столов.

И то, что для абсолютно здорового человека является нормой, первого же пациента, вполне вероятно, может привести к головокружению, дезориентации в пространстве и даже боязни высоты.

Если прибавить к этому необходимость концентрироваться и посылать мозговые импульсы по едва сросшимся пока чужеродным волокнам нервной ткани, одновременно обучаясь принимать обратные сигналы-чувства от участков кожи, мышц и связок, в том числе и тактильные ощущения, становится понятно, что такой тренировочный перенос в другую реальность является важным этапом подготовки к эксперименту.

Система управления происходящим в виртуальном мире будет основана на так называемых нейроинтерфейсах (BCI, brain-computer interface), чтобы задействовать не конечности пользователя, а только лишь его разум. Двунаправленные интерфейсы позволяют мозгу и внешним устройствам обмениваться информацией в обоих направлениях.

Опыт реализации нейрокомпьютерных интерфейсов, способных помочь управлять пока виртуальным телом, у ученых уже есть, и он вполне успешен. Так, например, в 2004—2005 годах был проделан эксперимент по имплантации датчика считывания мозговой активности полностью парализованному пациенту. Предполагалось оценить возможность создания программного обеспечения, способного фильтровать сигналы нервной системы для целенаправленного контроля над реальным объектом. В результате удалось добиться управления роботизированной рукой-протезом (Hochberg et al., Nature 2006).

В 2015 году группа исследователей и разработчиков из Нанькайского университета города Тяньцзинь на северо-востоке КНР представила даже целый автомобиль, управляемый «силой мысли» уже без всяких имплантированных чипов. 16 сенсоров, расположенных в компактной «шапочке», считывают сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ), позволяя управлять автомобилем.

Разработчики заявляют, что эти исследования они ведут, стараясь облегчить жизнь инвалидам. Следует отметить, что ментальный контроль над автомобилем по этой технологии не доскональный: это было бы небезопасно. Водитель может выбирать режимы автопилота и задавать маршрут.

9 июля 2015 года российская «Объединенная приборостроительная корпорация» приступила к испытаниям неинвазивного нейроинтерфейса, позволяющего силой мысли управлять биологическими роботизированными экзопротезами. На данный момент нейроинтерфейс проходит испытания, и после их завершения будет принято решение о серийном выпуске роботизированных экзопротезов. Ориентировочно серийный выпуск протезов должен начаться в 2016 году.

Неинвазивный нейроинтерфейс «мозг-компьютер» от «Объединённой приборостроительной корпорации»

На сегодняшний день фаза создания такой системы командой Канаверо для предстоящего эксперимента еще не пройдена, однако фигурирует в списке необходимых этапов для подготовки, и разработка только планируется.

По моему мнению, при модернизации существующих систем в качестве элемента конструкции такого тренировочного симулятора разработчикам понадобится добавить, кроме шлема виртуальной реальности и датчиков ЭЭГ, еще и механизированную сферу. Пациент, будучи помещенным в неё, должен ощущать полный спектр воздействия гравитации на вестибулярный аппарат и сможет моделировать для себя ощущения удержания равновесия, смещения центра тяжести и прочие процессы, необходимые для адаптации к новой жизни.

Это будет достигнуто принципиальным отличием от существующих аналогов «виртуальных сфер» — не человек станет передвигаться по ней, как белка в колесе, а наоборот — сфера будет осуществлять отклонения, меняя позицию закрепленного в ней потенциального пациента.

Таким образом, на наших глазах происходит синергия взаимодействия технологий из совершенно разных отраслей, направленная на решение главной задачи для группы Канаверо и всех, кто заинтересован в успешном проведении эксперимента по трансплантации.