Ученые из Сколтеха, Федерального центра нейрохирургии Минздрава России, Сеченовского университета и МГУ имени М. В. Ломоносова исследовали мозговую активность при письме и говорении у двух пациентов с имплантированными внутричерепными электродами. Исследование ученых расширяет базу знаний, необходимую для создания «читающих мысли» нейроинтерфейсов, которые смогут распознавать мысли и намерения пользователя, не зная наперед, хочет ли он пошевелить протезом, набрать текст или выполнить иную задачу.
Может ли устройство, которое считывает электрическую активность мозга, уловить в голове человека сигналы цифр и определить, что он с ними делает: пишет, произносит вслух или лишь думает о них? / © Картинка сгенерирована ИИ-моделью MirageMaker на сайте Deep Dream Generator с использованием фрагментов, предоставленных авторами статьи
Работа опубликована в библиотеке препринтов medRxiv. «Нейроученые постепенно переходят от концепции, что есть область мозга, которая отвечает за ту или иную функцию, к концепции, что за функцию отвечает некоторая сеть динамически взаимодействующих областей.
И в решении моторных задач, например, участвует множество областей, что подтверждается и нашими результатами, — рассказывает Николай Сыров, один из авторов исследования, старший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана в Сколтехе. — Возникает интересный вопрос: если функции не локализованы в одном месте, а распределены по коре, можем ли мы зарегистрировать электрическую активность мозга и понять, что он пытается сделать, не зная заранее, какого рода намерение мы ищем?»
Этот вопрос лежит в основе концепции мультимодальных нейроинтерфейсов — так называются мозговые чипы, которые, в отличие от большинства существующих решений, не ориентированы на одну конкретную функцию. Вместо того, чтобы искать только сигналы, которые кодируют намерение пошевелить протезом, или только связанные с речью сигналы, мультимодальный интерфейс будет сам определять по электрической активности, к какой категории она относится. Ученые из Сколтеха считают, что за этим подходом — будущее интерфейсов «мозг — компьютер», однако для его реализации потребуется еще множество подобных исследований, которые прояснят тонкости распределения функций по областям мозга.
В нынешнем исследовании участвовали два пациента с эпилепсией. Обоим по медицинским показаниям имплантировали электроды в мозг в Федеральном центре нейрохирургии Минздрава РФ в Тюмени. Таким образом врачи ищут очаг эпилептической активности. То есть расположение электродов не мотивировано ожиданиями ученых касательно возможной локализации в мозге активности, связанной с письмом и речевыми задачами, которые были предложены пациентам.
В первом задании пациенты писали цифры на планшете. Во втором они сперва произносили слова вслух, потом беззвучно артикулировали их (шевелили губами и прочее) и наконец лишь воображали произнесение слов, без какого бы то ни было движения языка, губ и так далее. Все это время с электродов велась непрерывная запись мозговой активности.
Ученые обнаружили, что задача по письму, которая, по сути своей, является двигательной, вызывала не локализованную активность: сигнал принимают все электроды, независимо от их положения. Такая картина соответствует ожиданиям ученых, что координированное движение сопряжено с распределенной по коре головного мозга активностью.
В некоторых участках мозга активность наблюдалась при реализации обеих функций: говорения и письма. С точки зрения перспективы реализации мультимодальных интерфейсов это — хороший знак.
Что касается речевой задачи, электрическая активность при полноценном говорении и при немой артикуляции хорошо соответствовали друг другу. А сигнал «внутреннего голоса», пусть он и оказался существенно слабее, все же отлично вписывался в ту же картину. Это логично, ведь эту едва уловимую активность можно рассматривать как сигнал речи за вычетом движения органов артикуляции и слуха. Такой «остаточный» сигнал может быть связан, например, с извлечением слов из памяти. «Любая попытка зарегистрировать сигнал внутреннего голоса сама по себе интересна тем, что вы в каком-то смысле читаете мысли. Не так много научных групп, которые этим занимаются», — поделился первый автор статьи, младший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Гурген Согоян.
Важное нововведение работы научной группы из Сколтеха — это запись мозговой активности у одних и тех же пациентов при решении как речевой, так и моторной задачи. Обычно две эти функции рассматривают отдельно, хотя говорению присущ двигательный аспект: органы речи движутся. Регистрация сигнала у одного индивида, выполняющего разные задачи, со временем позволит определить области пересечения соответствующих функций в нервной системе. Это знание необходимо для создания мультифункциональных нейроинтерфейсов, которые смогут декодировать разные функции, включая намерения чем-то пошевелить и что-то сказать.
