Нейротехнология – Нейротехнологии — Википедия

Содержание

Нейротехнологии — Википедия

Нейротехноло́гии — это любые технологии, которые оказывают фундаментальное влияние на то, как люди понимают мозг и различные аспекты сознания, мыслительной деятельности, высших психических функций. Включают в себя также технологии, которые предназначены для улучшения и исправления функций мозга и позволяют исследователям и врачам визуализировать мозг.

Отрасль нейротехнологий насчитывает полувековой возраст, однако своей зрелости достигла только в последние 20 лет. Ключевым событием стало появление нейровизуализации, которая позволила учёным наблюдать работу мозга прямо во время экспериментов. Нейротехнологии оказали существенное влияние на общество, хотя их присутствие является настолько незаметным, что немногие замечают их вездесущность. От фармацевтических препаратов до сканирования мозга, нейротехнологии прямо или косвенно затрагивают почти всё население развитых стран, будь то препараты от депрессии, бессонницы, cиндрома дефицита внимания и гиперактивности, антиневротические средства или сканирование на наличие рака, восстановление после инсульта (англ.)русск. и многое другое.

По мере развития отрасли она позволит обществу контролировать и использовать многие из возможностей мозга, влияющих на личность и образ жизни. Довольно распространённые технологии уже пытаются делать это; игры вроде Brain Age

[1] и программы типа Fast ForWord[2], целью которых является улучшение функций мозга, принадлежат к разряду нейротехнологий.

В настоящее время наука способна изобразить почти все аспекты строения и функционирования мозга. Это помогает контролировать депрессию, гиперактивность, бессонницу и многое другое. В терапии это может помочь жертвам инсульта в улучшении координации движений, может способствовать улучшению функционирования мозга, снижению числа приступов эпилепсии, может помочь пациентам с расстройствами двигательных функций (болезни Паркинсона, Хантингтона, БАС) и даже помогает облегчить фантомную боль[3]. Достижения в области нейротехнологий обещают множество новых методов реабилитации больных, испытывающих неврологические проблемы. Нейротехнологическая революция вызвала к жизни инициативу Десятилетие мышления, стартовавшую в 2007 году

[4]. Также она даёт возможность выявить механизмы, посредством которых в мозге рождаются разум и сознание.

Визуализация[править | править код]

Магнитно-резонансная томография (МРТ) применяется для сканирования топологических и знаковых структур мозга, а также для визуализации мозговой активности. Применение МРТ имеет далеко идущие последствия в нейронауках. Это краеугольный камень в изучении мышления, в особенности после появления функциональной МРТ (фМРТ)[5]. Функциональная МРТ измеряет зависимость активизации участков мозга от повышения уровня кислорода. Технология даёт возможность строить карту ассоциативных связей между различными участками и областями мозга, в том числе выявлять новые участки и области. Благодаря фМРТ пациенты могут в режиме реального времени видеть, как их мозг реагирует на раздражители, тем самым получать визуальную обратную связь

[6].

Компьютерная томография (КТ) является другой технологией сканирования мозга, используемой с 1970-х годов. Хотя в академической среде многие из функций КТ сегодня переходят к МРТ, первая по-прежнему используется в учреждениях здравоохранения для обнаружения активности и повреждений мозга. Используя рентген, учёные фиксируют в мозге радиоактивные метки, которые указывают на точки активности как инструмент для установления связей в мозге, а также выявляют множество травм/болезней, которые могут причинить мозгу долговременный ущерб (такие, как аневризма или рак)[5].

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) это ещё один метод визуализации, который настроен на фиксацию маркёров, являющихся источниками позитронного излучения (таких, как глюкоза)

[5]. ПЭТ применяется всё чаще, потому что позволяет выявлять процессы метаболизма: проблемные участки мозга потребляют больше глюкозы.

Транскраниальная магнитная стимуляция[править | править код]

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) по сути является прямой магнитной стимуляцией мозга. Поскольку электрические токи и магнитные поля неразрывно связаны, воздействие магнитных импульсов на конкретные участки мозга позволяет получать прогнозируемый эффект[7]. Эта область исследований в настоящее время получает большое внимание в связи с потенциальной выгодой от лучшего понимания данной технологии[8].

Микрополяризация[править | править код]

Микрополяризация это форма нейростимуляции, использующая постоянный ток низкого напряжения, который подаётся непосредственно в интересующую зону мозга через небольшие электроды. Первоначально была разработана для помощи пациентам с повреждениями мозга, такими, как инсульты. Тем не менее, исследования по использованию микрополяризации на здоровых взрослых людях показали, что методика может увеличить когнитивные способности для решения различных задач, в зависимости от стимулируемой области мозга. Микрополяризация использовалась для улучшения языковых и математических способностей (хотя одна из её форм способна затормозить обучение математике

[9]), развития внимания, улучшения памяти[10] и координации.

Измерения на поверхности черепа[править | править код]

Электроэнцефалография (ЭЭГ) является неинвазивным методом измерения волновой активности мозга. Вокруг головы размещаются ряд электродов, которые улавливают электрические сигналы. Обычно ЭЭГ используется при работе в состоянии сна, так как существуют характерные волновые структуры, связанные с различными стадиями сна

[5]. Электроэнцефалография имеет основополагающее значение в исследовании того, как отдыхает мозг. В клинических целях ЭЭГ используются для изучения эпилепсии, а также инсульта и опухолей мозга.

Магнитоэнцефалографией (МЭГ) называется другой метод измерения активности мозга, он замеряет магнитные поля, образуемые электрическими токами в мозге. Преимущество МЭГ перед ЭЭГ заключается в том, что магнитные поля более локализованы, что позволяет лучше отслеживать реакцию различных участков мозга, а также выявлять перевозбуждение (как в случае эпилептических припадков).

Имплантаты[править | править код]

Нейроимплантаты это любые устройства, используемые для контроля или регулирования деятельности мозга. В настоящее время существует несколько имплантатов, доступных для клинического применения при лечении болезни Паркинсона. Наиболее распространёнными нейроимплантатами являются глубокие стимуляторы мозга (DBS), которые используются для электростимуляции в парализованных участках мозга. Как известно, болезнь Паркинсона вызывается параличом базальных ганглий, и недавно DBS стали более предпочтительной формой для её лечения, хотя по-прежнему актуальны вопросы исследования эффективности DBS

[11].

Нейромодулирование (англ.)русск. сравнительно новое направление, которое сочетает в себе использование нейроимплантатов и нейрохимию. В основе этого метода лежит представление о том, что мозг может регулироваться с помощью различных факторов (метаболических, физиологических, электростимуляции), действие которых способны промодулировать устройства, имплантированные в нейронную сеть. В настоящее время данный метод находится ещё в стадии исследований. Для его применения успешного необходимо создание устройств, которые вызывают как можно меньшую негативную реакцию со стороны организма. Этим занимается химия поверхности нейронных имплантатов (англ.)русск..

Клеточная терапия[править | править код]

Учёные начинают изучать возможности использования в головном мозге стволовых клеток, которые недавно были обнаружены в нескольких участках. В ходе экспериментов стволовые клетки успешно используются в мозге детей, которые пострадали от родовых травм, и у пожилых людей с дегенеративными заболеваниями. Стволовые клетки помогают побудить мозг производить новые клетки и устанавливать больше связей между нейронами.

Фармацевтика[править | править код]

Фармацевтические препараты играют важную роль в поддержании химии мозга в стабильном состоянии и являются наиболее часто используемыми нейротехнологиями. Такие лекарства, как сертралин, метилфенидат и золпидем, действуют в качестве химических регуляторов мозга (для более подробной информации см. нейропсихофармакология (англ.)русск.).

Стимуляция слабыми магнитными полями[править | править код]

Стимуляция с помощью слабых магнитных полей (англ.)русск. изучается сейчас как средство борьбы с депрессией в Гарвардской медицинской школе, а ранее рассматривалась Гленном Беллом[12], Эндрю Марино[13] и другими исследователями.

Будущее нейротехнологий заключается не столько в том, какие новые методы появятся, а в том, каковы будут сферы применения технологий. Так, в настоящее время фМРТ исследуется как метод противоболевой терапии. Получая обратную связь о функционировании мозга во время приступов боли, пациенты могут уменьшать болевые симптомы[6]. Проведены исследования по тестированию эффективности фМРТ для распознавания лжи[14]. С той же самой целью изучались возможности ЭЭГ[15]. ТМС испытывается для создания возможных методов лечения пациентов с расстройствами личности, эпилепсией, посттравматическим стрессом, мигренью и другими расстройствами мозга

[8]. Помимо этого, сканирование с помощью ПЭТ показало 93 % точности в обнаружении болезни Альцгеймера[16].

Что касается стволовых клеток, исследования показали, что подавляющая часть мозга не восстанавливается либо восстанавливается очень тяжело[17], но в то же время некоторые части мозга обладают хорошими регенеративными способностями (особенно гиппокамп и обонятельные луковицы)[18]. Большая часть исследований центральной нервной системы посвящена поиску способов улучшить регенеративные качества мозга. Важно отметить, что существуют методы, которые улучшают познавательные функции и способствуют увеличению количества нейронных путей[2], однако они не дают быстрого распространения нервных клеток в мозге. Многие учёные пытаются вживлять пациентам с травмой спинного мозга каркасы, которые способствуют росту аксонов (порций нервных клеток, способных к передаче электрических сигналов), так что у пациентов начинает возвращаться способность передвигаться или чувствовать

[19]. Потенциал технологий очень широк, в то же время многие из технологий пока пребывают в стадии лабораторных исследований[20]. Некоторые учёные остаются скептически настроенными в отношении возможностей стволовых клеток, полагая, что у электрических протезов больше шансов на решение медицинских проблем вроде потери слуха или паралича[21].

Системы доставки лекарственных веществ изучаются в целях улучшения жизни тех, кто борется с расстройствами мозга и при этом не может лечиться с помощью иных методов. Мозг обладает очень сильным барьером, который предотвращает попадание в него из крови некоторых препаратов от перехода из крови в мозг. Такие заболевания, как менингит, требуют от врачей необходимости вводить лекарство напрямую в спинной мозг, потому что соответствующие препараты не могут преодолеть гемато-энцефалический барьер

[22]. Ведутся исследования новых способов проникновения препаратов в мозг через кровоснабжение, так как препарат гораздо легче впрыснуть в кровь, чем в позвоночник. Исследуются новые технологии вроде нанотехнологий с целью селективной доставки лекарств, однако они не лишены недостатков. Если частицы лекарств слишком большие, они будут утилизироваться печенью; в то же время маленькие порции не дадут лечебного эффекта. Помимо этого, необходимо учитывать размер капиллярной поры, потому что слишком крупные частицы могут заткнуть отверстие, предотвращая достаточное поступление препарата в мозг[23]. Другим направлением является создание рецептор-опосредованного транспорта, который нейтрализует рецепторы в мозге, поддерживающие гемато-энцефалический барьер
[24]
. Имеется предположение, что указанный барьер можно устранить за счёт ультразвука[25]. Конечной целью для систем доставки лекарств является разработка метода, который максимизирует количество получаемого целевыми участками мозга препарата с минимально возможным его разрушением по пути в кровеносном русле.

Нейромодуляция используется сейчас для пациентов с двигательными нарушениями, хотя проводятся исследования в направлении того, чтобы применять эту технологию и для лечения других расстройств. Недавно было проведено исследование на тот предмет, что если DBS может помочь при депрессии, то она имеет также потенциал для терапии нескольких расстройств в мозге[21]. Пока что распространение DBS ограничивается его высокой стоимостью[11]. Создаётся новая версия DBS, которая развилась в новое направление под названием оптогенетика[20]. Оптогенетика предполагает глубокую стимуляцию мозга, соединяя волоконную оптику и генотерапию. Волоконно-оптические кабели предназначены для освещения под действием электрического тока, и белок может добавляться к нейрону под влиянием световых стимулов[25]. Нейромодуляция имеет широкий спектр применения, однако эффект от её применения часто является временным. Цель состоит в максимальном увеличении срока действия эффекта от применения DBS. Другим способом применения нейромодуляции стало бы создание нейро-компьютерных интерфейсов, позволяющих парализованным людям передавать свои мысли на экран компьютера[26].

Стволовые клетки[править | править код]

Этичность использования эмбриональных стволовых клеток вызвала споры в США и других странах мира. Главным преимуществом в использовании эмбриональных стволовых клеток является то, что они могут подойти к почти любому типу клеток. Открытия Синъя Яманаки в отношении новых способов создания индуцированных стволовых клеток снизили накал дискуссии[27]. В то же время индуцированные клетки в потенциале могут привести к формированию доброкачественных опухолей, и, как правило, плохо выживают в естественных условиях (в живом теле)[28].

Военное применение[править | править код]

Новые нейротехнологии всегда использовались правительствами, от детекторов лжи и технологий виртуальной реальности до реабилитации и понимания психики. До 12 % американских солдат возвращаются из Ирака и Афганистана с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР)[29]. Комбинируя фармацевтические препараты и нейротехнологии, некоторые исследователи нашли способы снижения «страха» и теоретизируют насчёт возможности применения полученных результатов в лечении ПТСР[30]. Виртуальная реальность является ещё одной технологией, которая привлекла большое внимание военных. Она могла бы использоваться для лучшего обучения солдат.

Приватность[править | править код]

Наконец, нейротехнологии могут выявить вещь, которую люди часто держат в секрете: о чём они думают. Несмотря на большие выгоды от развития нейротехнологий, учёные и политики должны задуматься о возможных последствиях для «когнитивной свободы». Данный термин важен для многих кругов, обеспокоенных целями прогресса в области нейротехнологий (см. нейроэтика). Текущие улучшения, такие, как чтение «отпечатков мыслей (англ.)русск.» или выявление лжи с помощью ЭЭГ или фМРТ, может породить целый набор неприятных ассоциаций, хотя до полного применения этих технологий остаются ещё долгие годы[31]. Некоторые специалисты по этике обеспокоены также использованием ТМС; они опасаются, что данная технология может использоваться для изменения пациентов нежелательными способами[8].

  1. ↑ Nintendo Company of America.
  2. 1 2 Broman S. H., Fletcher J. The changing nervous system: Neurobehavioral consequences of early brain disorders. — Oxford University Press, 1999. — 428 p. — ISBN 978-0195121933.
  3. Doidge N. The Brain that changes itself: Stories of personal triumph from the frontiers of brain science. — Viking Press, 2007. — 427 p. — ISBN 978-8178241753.
  4. «The Decade of the Mind».
  5. 1 2 3 4 Purves, 2004.
  6. 1 2 deCharms Ch. et al. Control over brain activation and pain learned by using real-time functional MRI (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences : журнал. — 2005. — 20 December (no. 51). — P. 18626–18631. — ISSN 0027-8424. — DOI:10.1073/pnas.0505210102. — PMID 16352728.
  7. Wassermann E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation (англ.) // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 1998. — January (vol. 108, iss. 1). — P. 1-16. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/S0168-5597(97)00096-8. — PMID 9474057.
  8. 1 2 3 Illes J. et al. An ethics perspective on transcranial magnetic stimulation (TMS) and human neuromodulation (англ.) // Behavioral neurology : журнал. — 2006. — 21 November (vol. 17, iss. 3-4). — P. 149-157. — DOI:10.1155/2006/791072. — PMID 17148834.
  9. Grabner R. H. et al. Transcranial direct current stimulation of the posterior parietal cortex modulates arithmetic learning (англ.) // European Journal of Neuroscience : журнал. — Wiley-Blackwell, 2015. — 15 June (vol. 42, iss. 1). — P. 1667-1674. — ISSN 1460-9568. — DOI:10.1111/ejn.12947. — PMID 25970697.
  10. Gray S. J. et al. Electrically stimulating prefrontal cortex at retrieval improves recollection accuracy (англ.) // Cortex : журнал. — Elsevier, 2015. — December (vol. 73). — P. 188-194. — ISSN 0010-9452. — DOI:10.1016/j.cortex.2015.09.003. — PMID 26457823.
  11. 1 2 Gross R. E. What happened to posteroventral pallidotomy for Parkinson’s disease and dystonia? (англ.) // Neurotherapeutics : журнал. — Springer Science+Business Media, 2008. — April (vol. 5, iss. 2). — P. 281-293. — ISSN 1878-7479. — DOI:10.1016/j.nurt.2008.02.001. — PMID 18394570.
  12. Bell G. B. et al. Alterations in brain activity caused by magnetic fields: Detecting the detection process (англ.) // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 1992. — December (vol. 83, iss. 6). — P. 389-397. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/0013-4694(92)90075-S. — PMID 1281085.
  13. Marino A. A. et al. Effect of low-frequency magnetic fields on brain electrical activity in human subjects (англ.) // Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 2004. — May (vol. 115, iss. 5). — P. 1195–1201. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/j.clinph.2003.12.023. — PMID 15066545.
  14. Langleben D. D. et al. Brain activity during simulated deception: An event-related functional magnetic resonance study (англ.) // NeuroImage : журнал. — Elsevier, 2002. — March (vol. 15, iss. 2). — P. 727–732. — ISSN 1053-8119. — DOI:10.1006/nimg.2001.1003. — PMID 11848716.
  15. Farwell L. A., Smith S. S. Using brain MERMER testing to detect knowledge despite efforts to conceal (англ.) // Journal of Forensic Sciences : журнал. — American Academy of Forensic Sciences, 2001. — January (vol. 46, iss. 1). — P. 135-143. — ISSN 1556-4029. — PMID 11210899.
  16. Mosconi L. et al. Early detection of Alzheimer’s disease using neuroimaging (англ.) // Experimental Gerontology : журнал. — Elsevier, 2007. — Vol. 42, iss. 1-2. — P. 129–138. — ISSN 0531-5565. — DOI:10.1016/j.exger.2006.05.016. — PMID 16839732.
  17. Sur M., Rubenstein J. L. R. Patterning and plasticity of the cerebral cortex (англ.) // Science : журнал. — 2005. — 4 November (vol. 310, no. 5749). — P. 805-810. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.1112070. — Bibcode: 2005Sci…310..805S. — PMID 16272112.
  18. Eriksson P. S. et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus (англ.) // Nature Medicine : журнал. — Nature Publishing Group, 1998. — November (no. 4). — P. 1313-1317. — ISSN 1078-8956. — DOI:10.1038/3305. — PMID 9809557.
  19. ↑ Embryonic stem cell therapy restores walking ability in rats with neck injuries (англ.), Science Daily (10 November 2009). Дата обращения 29 декабря 2015.
  20. 1 2 Lynch Z. The future of neurotechnology innovation (англ.) // Epilepsy & Behavior : журнал. — Elsevier, 2009. — June (vol. 15, iss. 2). — P. 120-122. — ISSN 1525-5050. — DOI:10.1016/j.yebeh.2009.03.030. — PMID 19328869.
  21. 1 2 Personal correspondence with Dr. Robert Gross
  22. ↑ Breakthrough in the treatment of bacterial meningitis (англ.), Science Daily (15 May 2009). Дата обращения 30 декабря 2015.
  23. Tsuji J. S. et al. Research strategies for safety evaluation of nanomaterials. Part IV: risk assessment of nanoparticles (англ.) // Toxicological Sciences : журнал. — Oxford University Press, 2005. — 21 September (vol. 89, iss. 1). — P. 42-50. — ISSN 1096-0929. — DOI:10.1093/toxsci/kfi339. — PMID 16177233.
  24. Demeule M. et al. Involvement of the low-density lipoprotein receptor-related protein in the transcytosis of the brain delivery vector Angiopep-2 (англ.) // Journal of Neurochemistry : журнал. — International Society for Neurochemistry, 2008. — 19 May (vol. 106, iss. 4). — P. 1534-1544. — ISSN 1471-4159. — DOI:10.1111/j.1471-4159.2008.05492.x. — PMID 18489712.
  25. 1 2 Adamantidis A. R. et al. Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons (англ.) // Nature : журнал. — Nature Publishing Group, 2007. — 17 October (vol. 450, iss. 7168). — P. 420-424. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/nature06310. — Bibcode: 2007Natur.450..420A. — PMID 17943086.
  26. Hochberg L. R. et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia (англ.) // Nature : журнал. — Nature Publishing Group, 2006. — 13 July (vol. 442, iss. 7099). — P. 164-171. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/nature04970. — Bibcode: 2006Natur.442..164H. — PMID 16838014.
  27. Takahashi K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors (англ.) // Cell : журнал. — Cell Press, 2006. — 10 August (vol. 126, iss. 4). — P. 663-674. — ISSN 0092-8674. — DOI:10.1016/j.cell.2006.07.024. — PMID 16904174.
  28. Laflamme M. A. et al. Cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells in pro-survival factors enhance function of infarcted rat hearts (англ.) // Nature Biotechnology : журнал. — Nature Publishing Group, 2007. — 26 August (vol. 25, iss. 9). — P. 1015-1024. — ISSN 1087-0156. — DOI:10.1038/nbt1327. — PMID 17721512.
  29. «National Center for PTSD Home».
  30. Ressler K. J. Cognitive enhancers as adjuncts to psychotherapy: use of D-cycloserine in phobic individuals to facilitate extinction of fear (англ.) // Archives of General Psychiatry : журнал. — Американская медицинская ассоциация, 2004. — 1 November (vol. 61, no. 11). — P. 1136-1144. — ISSN 1538-3636. — DOI:10.1001/archpsyc.61.11.1136. — PMID 15520361.
  31. Wolpe P. R. Emerging neurotechnologies for lie-detection: promises and perils (англ.) // American Journal of Bioethics : журнал. — Taylor & Francis, 2005. — Vol. 5, iss. 2. — P. 39-49. — ISSN 1536-0075. — DOI:10.1080/15265160590923367. — PMID 16036700.

Рекомендуемая литература[править | править код]

ru.wikipedia.org

Нейротехнологии | intalent.pro

«Научная Россия», рубрика «Нейронауки» — научно-популярный портал, рассказывающий о последних открытиях в различных областях, в том числе и в нейротехе.

«В мире науки», рубрика «Нейронауки» — научно-информационный журнал для всех, кто хочет быть в курсе последних достижений мировой общественной и научной мысли.

«Чердак», рубрика «Нейронауки» — научно-популярный портал, ориентированный на молодежную аудиторию, которая увлекается современными технологиями и передовыми научными исследованиями, в том числе, в сегменте нейротехнологий. Публикует новости, статьи, интервью с российскими исследователями.

Yo! Brain — блог об исследованиях в области психологии и нейронаук, в котором публикуются свежие новости об устройстве человеческой психики, а также некоторые статьи об интересных фактах, связанных с нашим мозгом и сознанием.

Newtonew — просветительский медиа-проект об образовании, посвящённый самым актуальным и полезным концепциям, теориям и методикам, технологиям и исследованиям, продуктам и сервисам.

«Поп-наука», рубрика «Нейронауки» — сайт Политехнического музея, на котором с целью просвещения читателей любого возраста размещены новости, статьи и блоги специалистов в различных областях, в том числе и в нейронауках.

«Элементы», новости нейробиологии — научно-популярный проект, который создают ученые, стараясь распространять знания в современной и доступной форме.

«Медач», рубрика «Нейронауки» — ресурс для медиков, публикующий как оригинальные, так и переведенные с английского языка материалы, которые выходили в ведущих научных журналах (Nature, Science).

НИУ ВШЭ, новости нейроэкономики — сайт НИУ «Высшая школа экономики», размещающий новости, статьи и интервью со специалистами в области нейроэкономики.

«Нейротехнологии.рф» — ресурс, публикующий информацию о самых последних достижениях и истории развития нейронаук.

«Современные нейронауки» — научно-образовательный портал, на котором специалисты в нейронауках и студенты смогут найти протокол эксперимента, ознакомиться с той или иной методикой или просто задать вопрос своим коллегам.

«Нейронет» — сайт отраслевого союза «Нейронет», занимающегося развитием и продвижением нейротехнологий в России. На сайте можно прочитать новости и обзоры мероприятий, посвященных нейротехнологиям.

Молодежное общество нейротехнологов — портал молодежного общества нейротехнологов, где можно почитать статьи и новости, заочно познакомиться с ведущими специалистами в области нейротехнологий и узнать о предстоящих мероприятиях.

Аналитический доклад — подходы к формированию и запуску новых отраслей промышленности в контексте НТИ, на примере сферы «Технологии и системы цифровой реальности и перспективные «человеко-компьютерные» интерфейсы (в части нейроэлектроники)».

Neuroscience For Kids — нейронауки для самых маленьких: англоязычный сайт с играми для детей, благодаря которым они смогут лучше узнать о работе мозга.

The Brain Geek — блог о нейронауках, предназначенный для детей и взрослых, автор которого не только объясняет базовые вещи, необходимые для того, чтобы ориентироваться в работе мозга, но также занимается развенчанием популярных научных мифов.

Backyard Brains — сайт американского стартапа Backyard Brains, на котором компания выкладывает свои курсы, записи экспериментов и даже собственное оборудование. На сайте можно бесплатно скачать схему какого-либо устройства и воспроизвести прибор в домашних условиях.

Neuroscience News — научно-популярный сайт о нейро- и других когнитивных науках.

BrainFacts.org — портал, публикующий новости и информацию о новейших исследованиях в области нейротехнологий.

SharpBrains — независимая компания, которая отслеживает и публикует отчеты о работе различных нейроразработок, собирающих биологические данные с тела человека.

Neuroscience from Elsevier — научный журнал, посвященный нейротехнологиям, выпускаемый одним из крупнейших издательских домов мира. Подписка на журнал платная.

intalent.pro

прикладной интерес – Новости – Глобальные технологические тренды. Информационный бюллетень – Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Изучение нейронной организации и связанных с ней психических функций – ключевое направление фундаментальных нейронаук (нейробиологии, нейроинформатики, нейропсихологии). Для его успешного развития необходимо усовершенствование методов регистрации метаболической и электрической активности нейронов как в лабораторных условиях, так и в обычной жизни. Разработки нейротехнологий на основе полученных данных позволяют решать серьезные задачи в области управления мозговыми функциями и расширять возможности мозга, в первую очередь у больных с неврологическими и психическими заболеваниями. При повреждении мозга и при разрушении его структурных элементов (у больных, перенесших инсульт или травматическое повреждение тканей мозга) возникает другая потребность – в замещении нервной ткани. Для реабилитации таких больных актуальны разработки нейроинженерии по генерации новых тканей мозга путем их моделирования, конструирования и синтеза.В настоящем выпуске представлены технологии записи нейрональной активности, сделавшие возможным исследование особенностей когнитивной функции человека на клеточном уровне и причинно-следственных отношений наблюдаемых связей. Наиболее передовые нейротехнологии управления функциями мозга позволят вывести на новый уровень терапию нейродегенеративных заболеваний и разработку интерфейсов взаимодействия человека со средой. Особый интерес представляют разработки в области биоинженерии нервной ткани. Ожидается, что именно это направление кардинальным образом изменит эффективность мероприятий по нейрореабилитации.

Версия для печати: 

Медицина и здравоохранение. Нейротехнологии: прикладной интерес (PDF, 1.28 Мб)

Прогрессивные системы регистрации мозговой активности

Электрическая активность нейронов отражает высшую нервную деятельность мозга (мышление, ориентация во времени и пространстве и пр.). Регистрация этой активности может происходить непосредственно – с помощью имплантируемых микрочипов. Но ввиду травматичности такого способа в исследованиях человека распространение получили неинвазивные техники записи нейрональной активности, как электрической (электроэнцефалография, ЭЭГ), так и метаболической (функциональная томография, фМРТ). Однако интерпретация нейрональных сигналов затруднена наличием «шума» (активности нецелевых нейрональных групп), а их запись – задержкой сигнала и стационарным характером записывающих устройств.

Решить проблему интерпретации нейрональной активности можно путем применения интегрированных вычислительных моделей, использующих техники обучения с подкреплением – новые статистические подходы к обработке данных томографии. Интерпретировать частные корреляции кластеров нейронной активации и осуществлять картирование мозга помогают методы машинного обучения. Новым шагом в развитии систем прямой регистрации мозговой активности стала так называемая нейронная пыль (neural dust) – наноразмерные сенсоры, способные не только считывать электрическую активность нейронов, но и транслировать ее на внешние, в том числе портативные устройства записи и декодирования сигналов мозговой активности.

Эффекты

 Разработка гибких и точных методов биологической обратной связи на уровне отдельных нейронов (от клетки к клетке)

  Прорывы в понимании природы взаимодействия отдельных нейронов

 Моделирование нейронального сигнала для конструирования
искусственных нейроимплантов

  Совершенствование интерфейсов «мозг-компьютер»
 Функциональное картирование мозга
 Создание классификации психических расстройств, базирующейся на результатах реконструкции функциональных связей специфичных областей мозга

Оценки рынка

$1,46  млрд

к 2020 году достигнет объем глобального рынка мозговых компьютерных интерфейсов (ожидаемый среднегодовой темп прироста объема рынка в период с 2014 по 2020 гг. – 11,5%). В 2013 году доля рынка неинвазивных мозговых компьютерных интерфейсов составила 85% от общего объема рынка мозговых компьютерных интерфейсов, и она продолжает расти.

 

 

Драйверы и барьеры

 Реализация технологических инициатив и объединенных исследовательских программ (BRAIN Initiative, Human Connectome Project, Humane Brain Project)

 Развитие сенсорных технологий

 Развитие рынка нейроигровых приложений

 Запрос на технологии двойного назначения 

 Низкий уровень междисциплинарности в исследовательских программах

 

Международные
научные публикации
Международные
патентные заявки

Уровень развития
технологии в России

«Заделы» – наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

Гибкое управление функциями мозга

Управление функциями мозга экспериментальных животных традиционно опирается на использование имплантируемых металлических электродов. При глубокой стимуляции мозга они позволяют неспецифично контролировать мозговую активность и у человека (например, при болезни Паркинсона). Однако распространение этой технологии и ее широкое клиническое применение ограничено риском развития реакций иммунного отторжения, формирования рубцовой ткани, активации нецелевых нейрональных групп. Интерес к технологиям управления функциями мозга связан и с перспективами их возможного использования в немедицинских практиках, в частности в брейн-фитнесе.

Новые разработки в области малоинвазивных гибких электронных устройств регистрации мозговой активности позволяют успешно решать задачи целевого (на уровне нейронных сетей) и продолжительного по времени кодирования нейронального сигнала, а также терапевтической стимуляции мозга на основе получаемой информации. Однако действительный прорыв в изучении функций мозга и разработке способов контроля над ними должны обеспечить гибридные технологии, базирующиеся на использовании генно-инженерно-модифицированных нейронов, чувствительных к свету (оптогенетика), ультразвуку (соногенетика), магнитным полям (технология Magneto). Уже сейчас рассматриваются возможности применения этих технологий для восстановления зрения и контроля сердечной активности.

Эффекты

 Переход к неинвазивным и беспроводным технологиям модуляции нейрональной активности

 Прорывы в изучении функций нейронов в условиях повседневной жизнедеятельности

 Усиление функций мозга при функционировании в особых условиях

 Повышение эффективности в лечении болезней периферической и центральной нервной системы

 Использование устройств электрической импульсации для неинвазивного лечения

 Повышение эффективности и скорости обучения, адаптации нервной системы к изменениям среды с применением интерфейсов «мозг-компьютер»

Оценки рынка

$19,5  млрд

составят ожидаемые среднегодовые темпы прироста объема рынка стимуляторов крестцового нерва в период с 2014 по 2020 гг. В 2013 г. объем рынка технологий стимуляции спинного мозга достигал 2 млрд долларов, а общий объем рынка нейростимулирующих устройств –
3,44 млрд долларов.

Драйверы и барьеры

 Развитие сенсорики на основе нанотехнологий

 Запрос на новые методы лечения нейродегенеративных заболеваний

 Развитие рынка нейроигровых приложений

 Запрос на технологии двойного назначения

 Этические ограничения широкого применения технологий управления функциями мозга

Международные
научные публикации

Международные
патентные заявки

Уровень развития
технологии в России

«Заделы» – наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

Вернуть утраченное: трансплантация ткани мозга

Сегодня уже возможна трансплантация печени, почек, сердца, легких человеку, находящемуся в критическом состоянии. Однако мозг как управляющая система высшего порядка пока не подлежит замене. Пересадке донорских тканей мозга препятствуют высокая дифференцированность нервных клеток, иммунная несовместимость с чужеродными тканями, невозможность функциональной интеграции донорской нервной ткани. Попытки трансплантации отдельных клеток оказались малоэффективными ввиду низкой выживаемости нейронов. Решение было найдено в области тканевой инженерии (нейроинженерии).

Доставка и интеграция в тканевое окружение будущих нервных клеток с целью повышения их выживаемости была реализована благодаря применению технологии 3D-микропечати структурного аналога мозговой ткани с использованием собственных стволовых клеток, генетически перепрограммированных в нейроны. Эта трансформация стволовых клеток осуществляется с помощью различных технологий, наиболее перспективная из которых – редактирование генома. Накопление нейронов с последующим послойным формированием целевого фрагмента мозга позволяет воссоздать жизнеспособный и иммунологически нейтральный имплант. В результате имплантации новой ткани удается добиться воссоздания поврежденной ткани мозга, а значит, решить задачу лечения травматических повреждений мозга и таких не излечимых на сегодняшний день заболеваний, как боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз.


Эффекты

 Разработка новых методов лечения нейродегенеративных болезней и травм

 Клиническое применение технологий прицельного соединения целевых нейронов

 Снижение инвалидизации населения трудоспособного возраста

  Более эффективная инклюзия в общество людей с биологическими имплантами

 Развитие клеточных технологий, позволяющих развивать способности человека

Оценки рынка

$ 5  млрд

к 2022 г. достигнет объем рынка тканевой инженерии в США. В 2014 г. он составлял около 2,5 млрд долларов, или половину объема глобального рынка.

Драйверы и барьеры

 Продолжение «декады нейронаук» (BRAIN Initiative, Human Connectome Project, Humane Brain Project)

 Развитие технологий нейропротезирования и тканевой инженерии, их широкое клиническое применение

 Этический кодекс, ограничивающий тестирование новых методов клеточной трансплантации у человека

 Недостатки биосовместимых материалов, являющиеся причиной отторжения нейроимплантов

Международные
научные публикации

Международные
патентные заявки

Уровень развития
технологии в России

«Заделы» – наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

issek.hse.ru

основные направления, вопросы развития и этики


Данный термин означает какие — либо технологии, которые основополагающим образом влияют на восприятие мозга человека как такового; многие возможности сознания; способности, свойственные только человеку, приобретенные в ходе эволюции; на подкорковую деятельность. В том числе и технологии, направленные для усовершенствования и корректировки работы мозговых структур и способствует визуальному исследованию мозга и его неограниченных возможностей.

Общие сведения

Собрание технологий, разработанных с точки зрения лучшего функционирования нервной системы. Так называемый, костяк для развития нового пласта глобальных технологий, нужных для создания новых рынков, производства, сервиса, включая– направление на повышение продолжительности жизни обеспечения здоровья человека.

Инновационные технологии

В мире инноваций появляются все новые методики и способы усовершенствования человеческого здоровья. На сегодняшний день существуют следующие новые варианты познания мозговой работы в целом:

  1. Визуализация.
  2. Транскраниальная магнитная стимуляция.
  3. Микрополяризация.
  4. Измерения на поверхности черепа.
  5. Имплантаты.
  6. Клеточная терапия.
  7. Фармацевтика.
  8. Стимуляция слабыми магнитными полями.

Визуализация

Магнитно-резонансная томография (МРТ) применяется в целях исследования топологических и знакового строения и частей мозга, и для возможности видеть мозговую деятельность. Использование МРТ весьма перспективно в сфере нейронного изучения. Это одна из важных сторон в изучении мышления, в частности после разработки функциональной МРТ. Такая томография устанавливает подчиненность активизации мозговых отделов от увеличения степени присутствия кислорода. Разработка позволяет сформировать расположение ассоциативного взаимомобмена среди всех полушарий и структурных элементов содержания человеческого черепа, и кроме того определять новые мозговые отделы и участки. Посредством именно такой томографии больные в режиме on line могут воочию увидеть, как их мозг отвечает на раздражающие факторы, таким образом получая зрительную обратную связь.

Компьютерная томография (КТ)- это еще одна методика исследования мозга, которая применяется с 1970-х годов. Невзирая на тот факт, что во всем научном мире большинство задач КТ на текущий момент включены в МРТ, первая все так же эксплуатируется в организациях здравоохранения в целях установления деятельности мозга и мозговых повреждений. Применяя рентген, научные спе6циалисты устанавливают в мозге радиоактивные пометки, указывающие на средоточие активности наподобие инструмента определения взаимообмена в мозге, и кроме того обнаруживают большое количество повреждений/ заболеваний, которые могут стать причиной хронического воздействия на основной орган человека (к примеру аневризма либо онкология).

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — один из способов визуализации, который направлен на регистрацию маркёров, которые являются причинами позитронных лучей (к примеру глюкоза). Этот способ используется всё больше, поскольку дает вероятность определения процессов обмена веществ: зонам мозга с патологией необходимо большее количество сахара.

Транскраниальная магнитная стимуляция

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) представляет собой непосредственную активацию мозга магнитом.

Электроток и магнитные поля неотделимы, влияние магнитных сигналов на определенные мозговые отделы обеспечивает реализации предполагаемого результата.

Данная сфера технологических разработок на сегодняшний день, возымела широкую популярность, поскольку от наилучшего постижения стимуляции мозга магнитом, гарантирована эффективность.

Микрополяризация

Микрополяризация это одна из методик нейростимуляции. Применяется беспеременный ток малого напряжения, который передаётся прямо в проблемную мозговую область посредством маленьких электродов. Изначально была создана для терапии травм и нарушений ГМ, например, как критическое нарушение кровообеспечения содержания черепной коробки. Несмотря на это, проведенные исследования методики на взрослых пациентах без отклонений и заболеваний обнаружили, что эта нейроактивация способна повысить интеллектуальный потенциал в поисках ответа на разные вопросы и задачи, под воздействием метода на конкретные мозговые зоны. Микрополяризация применялась для стимуляции языковых и арифметических способностей (однако один из её видов может замедлить обучение арифметики), формирования внимания, улучшения запоминающих возможностей и управления телом.

Измерения на поверхности черепа

(ЭЭГ)- это неинвазивный способ замера волновой деятельности ГМ. ЭЭГ проводится путем укрепления по кругу головы ряда электродов, воспринимающих электрические импульсы. Широкое применение данный метод нашел, при активации на человеке погруженном в сон, поскольку наблюдаются типичные волновые формирования, зависимые от разных стадий сна. Этот способ обладает ключевым значением в познавании того, каким образом восстанавливается при отдыхе человеческий мозг. В медицинских целях ЭЭГ применяется для исследования эпилепсии, а также критического нарушения кровообеспечения главного органа и новообразований в мозге.

Магнитоэнцефалография (МЭГ)- это несколько иной способ замера мозговой деятельности, он фиксирует магнитные поля, которые образовываются электротоками в головном мозге. Качественное различие МЭГ перед ЭЭГ состоит  в том, что магнитные поля разграничены в большей степени, что делает возможным лучшую визуализацию ответа разных мозговых зон, и кроме того установления перевозбуждения (к примеру эпилептический удар).

Имплантаты

Нейроимплантаты это какие- либо приспособления, применяемые для мониторинга или регуляции мозговой активности. На сегодняшний день, разработано некоторое количество имплантатов, применимых для лечебного использования болезни Паркинсона. Самыми широко популярными нейроимплантатами становятся углубленные стимуляторы мозговых структур (DBS), применимые в целях электростимуляции нефункционирующих мозговых зон. Не секрет, что синдром Паркинсона провоцируется замиранием подкоркового скопления клеток, отвечающего за некоторые двигательные функции, и не столь давно DBS стали наиболее приемлемым методом для её терапии, однако все еще не сняты вопросы изучения результативности данного метода.

Нейромодулирование относительно новая методика, включающая  в себя применение  нейроимплантатов и нейрохимию. В основании данной технологии лежит идея о том, что содержание черепной коробки может контролироваться посредством всевозможных причин (обменных, заложенных природой, стимуляции при помощи электротока), воздействие которых в состоянии смодулировать приспособления, внедренные в нейронную сетеобразную структуру. На текущий момент, эта методика пребывает все ещё на стадии разработки. Для его позитивного использования, требуется создание приборов, которые обеспечивают наиболее незначительное отрицательное проявление со стороны человеческого тела. Данным вопросом заняты все умы химиков, разрабатывающих внешний покров мозговых имплантатов.

Клеточная терапия

Наука сегодняшнего дня приступила к исследованию вероятности применения в ГМ человека стволовых клеток, не так давно обнаруженных в некоторых мозговых зонах. В процессе практических опытов стволовые клетки позитивно применяются в мозге малышей, которые подверглись различным травмам при родоразрешении, и у больных старшей возрастной группы с необратимыми болезнями. Данный биоматериал стимулирует мозг к производству новоиспеченных клеток и установлению большего количества коммуникации среди мозговых клеток.

Фармацевтика

Фармакологические продукты весьма принципиальны в обеспечении мозговой химии в неизменном состоянии и являются самыми широко применимыми технологиями воздействия на мозговую структуру. Подобные медикаменты, как сертралин, метилфенидат, активны в роли химически произведенных мозговых регуляторов.

Стимуляция слабыми магнитными полями

На данный момент времени, стимуляция посредством влияния малых магнитных полей, подвержен изучению как метод борьбы с меланхолией и угнетенно- отстраненным состоянием в  медшколе Гарварда, а перед этим изучалась многими научными деятелями.

Технологии будущего

Грядущее нейротехнологий состоит не исключительно в том, какие новейшие разработки нас ожидают, но и в том, каково будет поле деятельности их использования. Таким образом, на сегодняшний день фМРТ рассматривается как способ антиболевого лечения. Обладая информацией о работе ГМ в момент возникновения болезненного ощущения, больные сами становятся способными минимизировать болевой порог. Кроме того осуществлены изучения касаемо проверки результативности фМРТ в целях установления  обмана либо дезинформации. Для этого исследовались и методики ЭЭГ. ТМС проверяется для разработки гипотетических способов терапии больных с психическими заболеваниями, эпилепсией, психозом после травм, хроническими головными болями и прочими заболеваниями мозга. Кроме того, изучение мозговой структуры посредством ПЭТ обнаружило до 93 % правильности в установлении синдрома Альцгеймера.

Касательно стволовых клеток, практические изучения обнаружили, что большая область  мозга не способна к восстановлению или восстанавливается весьма трудно, однако какие- то отделы мозга характеризуются отличными регенеративными возможностями (в частности гиппокамп и обонятельные узелки).

Многие исследования направлены на обнаружение методов оптимизации восстанавливающих возможностей мозга. Следует признать, что есть способы, которые увеличивают познавательную деятельность и помогают росту числа нейронных связей, но все же они не обеспечивают скорого распространения соединений в мозге. Иногда  ученые пробуют вживлять больным с повреждением спинного мозга остовы, способствующие увеличению аксонов (пучка нервного волокна, способного к перетрансляции электроимпульсов), таким образом у больных инициируя возвращение навыка передвижения и чувствительности.

Способы транспортировки лекарственных препаратов постигаются для улучшения жизни тех, кто страдает нарушениями мозговой деятельности и вместе с этим не имеет возможности излечения посредством других способов. Человеческий мозг характеризуется очень мощной блокадой, отвращающей проникновение в него из кровотока отдельных лекарств. Патологии, такие как менингит, предусматривают необходимость введения препаратов прямо в спинной мозг, поскольку должные лекарственные средства не способны преодолеть гемато-энцефалическую преграду. Проводятся изучения новых методов попадания медикаментов в мозг посредством циркуляции крови, потому что средство гораздо проще ввести в кровь, чем в позвоночник.

Нейромодуляция в настоящий момент применяется для больных с расстройствами двигательных функций, также осуществляются исследования касаемо того, чтобы использовать данную разработку и для терапии иных патологий. Не так давно было осуществлено изучение относительно того что если DBS способно помочь при депрессивном состоянии, то она обладает потенциалом терапевтического свойства и других мозговых расстройств. Разрабатывается новый вариант DBS, формирующий новую технологию, получившую название оптогенетика.

Вопросы этики

Моральный вопрос эксплуатации эмбриональных стволовых клеток спровоцировал жаркие споры в США и многих других государствах. Основной положительной стороной в применении эмбриональных стволовых клеток становится то, что они подходят к практически всякому типу клеток. Новые технологии касаемо формирования индуцированных стволовых клеток понизили накал споров. Однако такие клетки в перспективе могут повлечь развитие доброкачественных новообразований, и, по обыкновению, не  способны выживать в в живом организме.

Этичные  вопросы сопровождают и применение ТМС; существует угроза, что данная методика может применяться в целях изменения пациентов без их согласия.

neurodoc.ru

Нейротехнологии — Википедия. Что такое Нейротехнологии

Нейротехноло́гии — это любые технологии, которые оказывают фундаментальное влияние на то, как люди понимают мозг и различные аспекты сознания, мыслительной деятельности, высших психических функций. Включают в себя также технологии, которые предназначены для улучшения и исправления функций мозга и позволяют исследователям и врачам визуализировать мозг.

Основные положения

Отрасль нейротехнологий насчитывает полувековой возраст, однако своей зрелости достигла только в последние 20 лет. Ключевым событием стало появление нейровизуализации, которая позволила учёным наблюдать работу мозга прямо во время экспериментов. Нейротехнологии оказали существенное влияние на общество, хотя их присутствие является настолько незаметным, что немногие замечают их вездесущность. От фармацевтических препаратов до сканирования мозга, нейротехнологии прямо или косвенно затрагивают почти всё население развитых стран, будь то препараты от депрессии, бессонницы, cиндрома дефицита внимания и гиперактивности, антиневротические средства или сканирование на наличие рака, восстановление после инсульта (англ.)русск. и многое другое.

По мере развития отрасли она позволит обществу контролировать и использовать многие из возможностей мозга, влияющих на личность и образ жизни. Довольно распространённые технологии уже пытаются делать это; игры вроде Brain Age[1] и программы типа Fast ForWord[2], целью которых является улучшение функций мозга, принадлежат к разряду нейротехнологий.

В настоящее время наука способна изобразить почти все аспекты строения и функционирования мозга. Это помогает контролировать депрессию, гиперактивность, бессонницу и многое другое. В терапии это может помочь жертвам инсульта в улучшении координации движений, может способствовать улучшению функционирования мозга, снижению числа приступов эпилепсии, может помочь пациентам с расстройствами двигательных функций (болезни Паркинсона, Хантингтона, БАС) и даже помогает облегчить фантомную боль[3]. Достижения в области нейротехнологий обещают множество новых методов реабилитации больных, испытывающих неврологические проблемы. Нейротехнологическая революция вызвала к жизни инициативу Десятилетие мышления, стартовавшую в 2007 году[4]. Также она даёт возможность выявить механизмы, посредством которых в мозге рождаются разум и сознание.

Современные технологии

Визуализация

Магнитно-резонансная томография (МРТ) применяется для сканирования топологических и знаковых структур мозга, а также для визуализации мозговой активности. Применение МРТ имеет далеко идущие последствия в нейронауках. Это краеугольный камень в изучении мышления, в особенности после появления функциональной МРТ (фМРТ)[5]. Функциональная МРТ измеряет зависимость активизации участков мозга от повышения уровня кислорода. Технология даёт возможность строить карту ассоциативных связей между различными участками и областями мозга, в том числе выявлять новые участки и области. Благодаря фМРТ пациенты могут в режиме реального времени видеть, как их мозг реагирует на раздражители, тем самым получать визуальную обратную связь[6].

Компьютерная томография (КТ) является другой технологией сканирования мозга, используемой с 1970-х годов. Хотя в академической среде многие из функций КТ сегодня переходят к МРТ, первая по-прежнему используется в учреждениях здравоохранения для обнаружения активности и повреждений мозга. Используя рентген, учёные фиксируют в мозге радиоактивные метки, которые указывают на точки активности как инструмент для установления связей в мозге, а также выявляют множество травм/болезней, которые могут причинить мозгу долговременный ущерб (такие, как аневризма или рак)[5].

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) это ещё один метод визуализации, который настроен на фиксацию маркёров, являющихся источниками позитронного излучения (таких, как глюкоза)[5]. ПЭТ применяется всё чаще, потому что позволяет выявлять процессы метаболизма: проблемные участки мозга потребляют больше глюкозы.

Транскраниальная магнитная стимуляция

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) по сути является прямой магнитной стимуляцией мозга. Поскольку электрические токи и магнитные поля неразрывно связаны, воздействие магнитных импульсов на конкретные участки мозга позволяет получать прогнозируемый эффект[7]. Эта область исследований в настоящее время получает большое внимание в связи с потенциальной выгодой от лучшего понимания данной технологии[8].

Микрополяризация

Микрополяризация это форма нейростимуляции, использующая постоянный ток низкого напряжения, который подаётся непосредственно в интересующую зону мозга через небольшие электроды. Первоначально была разработана для помощи пациентам с повреждениями мозга, такими, как инсульты. Тем не менее, исследования по использованию микрополяризации на здоровых взрослых людях показали, что методика может увеличить когнитивные способности для решения различных задач, в зависимости от стимулируемой области мозга. Микрополяризация использовалась для улучшения языковых и математических способностей (хотя одна из её форм способна затормозить обучение математике[9]), развития внимания, улучшения памяти[10] и координации.

Измерения на поверхности черепа

Электроэнцефалография (ЭЭГ) является неинвазивным методом измерения волновой активности мозга. Вокруг головы размещаются ряд электродов, которые улавливают электрические сигналы. Обычно ЭЭГ используется при работе в состоянии сна, так как существуют характерные волновые структуры, связанные с различными стадиями сна[5]. Электроэнцефалография имеет основополагающее значение в исследовании того, как отдыхает мозг. В клинических целях ЭЭГ используются для изучения эпилепсии, а также инсульта и опухолей мозга.

Магнитоэнцефалографией (МЭГ) называется другой метод измерения активности мозга, он замеряет магнитные поля, образуемые электрическими токами в мозге. Преимущество МЭГ перед ЭЭГ заключается в том, что магнитные поля более локализованы, что позволяет лучше отслеживать реакцию различных участков мозга, а также выявлять перевозбуждение (как в случае эпилептических припадков).

Имплантаты

Нейроимплантаты это любые устройства, используемые для контроля или регулирования деятельности мозга. В настоящее время существует несколько имплантатов, доступных для клинического применения при лечении болезни Паркинсона. Наиболее распространёнными нейроимплантатами являются глубокие стимуляторы мозга (DBS (англ.)русск.), которые используются для электростимуляции в парализованных участках мозга. Как известно, болезнь Паркинсона вызывается параличом базальных ганглий, и недавно DBS стали более предпочтительной формой для её лечения, хотя по-прежнему актуальны вопросы исследования эффективности DBS[11].

Нейромодулирование (англ.)русск. сравнительно новое направление, которое сочетает в себе использование нейроимплантатов и нейрохимию. В основе этого метода лежит представление о том, что мозг может регулироваться с помощью различных факторов (метаболических, физиологических, электростимуляции), действие которых способны промодулировать устройства, имплантированные в нейронную сеть. В настоящее время данный метод находится ещё в стадии исследований. Для его применения успешного необходимо создание устройств, которые вызывают как можно меньшую негативную реакцию со стороны организма. Этим занимается химия поверхности нейронных имплантатов (англ.)русск..

Клеточная терапия

Учёные начинают изучать возможности использования в головном мозге стволовых клеток, которые недавно были обнаружены в нескольких участках. В ходе экспериментов стволовые клетки успешно используются в мозге детей, которые пострадали от родовых травм, и у пожилых людей с дегенеративными заболеваниями. Стволовые клетки помогают побудить мозг производить новые клетки и устанавливать больше связей между нейронами.

Фармацевтика

Фармацевтические препараты играют важную роль в поддержании химии мозга в стабильном состоянии и являются наиболее часто используемыми нейротехнологиями. Такие лекарства, как сертралин, метилфенидат и золпидем, действуют в качестве химических регуляторов мозга (для более подробной информации см. нейропсихофармакология (англ.)русск.).

Стимуляция слабыми магнитными полями

Стимуляция с помощью слабых магнитных полей (англ.)русск. изучается сейчас как средство борьбы с депрессией в Гарвардской медицинской школе, а ранее рассматривалась Гленном Беллом[12], Эндрю Марино[13] и другими исследователями.

Технологии будущего

Будущее нейротехнологий заключается не столько в том, какие новые методы появятся, а в том, каковы будут сферы применения технологий. Так, в настоящее время фМРТ исследуется как метод противоболевой терапии. Получая обратную связь о функционировании мозга во время приступов боли, пациенты могут уменьшать болевые симптомы[6]. Проведены исследования по тестированию эффективности фМРТ для распознавания лжи[14]. С той же самой целью изучались возможности ЭЭГ[15]. ТМС испытывается для создания возможных методов лечения пациентов с расстройствами личности, эпилепсией, посттравматическим стрессом, мигренью и другими расстройствами мозга[8]. Помимо этого, сканирование с помощью ПЭТ показало 93 % точности в обнаружении болезни Альцгеймера[16].

Что касается стволовых клеток, исследования показали, что подавляющая часть мозга не восстанавливается либо восстанавливается очень тяжело[17], но в то же время некоторые части мозга обладают хорошими регенеративными способностями (особенно гиппокамп и обонятельные луковицы)[18]. Большая часть исследований центральной нервной системы посвящена поиску способов улучшить регенеративные качества мозга. Важно отметить, что существуют методы, которые улучшают познавательные функции и способствуют увеличению количества нейронных путей[2], однако они не дают быстрого распространения нервных клеток в мозге. Многие учёные пытаются вживлять пациентам с травмой спинного мозга каркасы, которые способствуют росту аксонов (порций нервных клеток, способных к передаче электрических сигналов), так что у пациентов начинает возвращаться способность передвигаться или чувствовать[19]. Потенциал технологий очень широк, в то же время многие из технологий пока пребывают в стадии лабораторных исследований[20]. Некоторые учёные остаются скептически настроенными в отношении возможностей стволовых клеток, полагая, что у электрических протезов больше шансов на решение медицинских проблем вроде потери слуха или паралича[21].

Системы доставки лекарственных веществ изучаются в целях улучшения жизни тех, кто борется с расстройствами мозга и при этом не может лечиться с помощью иных методов. Мозг обладает очень сильным барьером, который предотвращает попадание в него из крови некоторых препаратов от перехода из крови в мозг. Такие заболевания, как менингит, требуют от врачей необходимости вводить лекарство напрямую в спинной мозг, потому что соответствующие препараты не могут преодолеть гемато-энцефалический барьер[22]. Ведутся исследования новых способов проникновения препаратов в мозг через кровоснабжение, так как препарат гораздо легче впрыснуть в кровь, чем в позвоночник. Исследуются новые технологии вроде нанотехнологий с целью селективной доставки лекарств, однако они не лишены недостатков. Если частицы лекарств слишком большие, они будут утилизироваться печенью; в то же время маленькие порции не дадут лечебного эффекта. Помимо этого, необходимо учитывать размер капиллярной поры, потому что слишком крупные частицы могут заткнуть отверстие, предотвращая достаточное поступление препарата в мозг[23]. Другим направлением является создание рецептор-опосредованного транспорта, который нейтрализует рецепторы в мозге, поддерживающие гемато-энцефалический барьер[24]. Имеется предположение, что указанный барьер можно устранить за счёт ультразвука[25]. Конечной целью для систем доставки лекарств является разработка метода, который максимизирует количество получаемого целевыми участками мозга препарата с минимально возможным его разрушением по пути в кровеносном русле.

Нейромодуляция используется сейчас для пациентов с двигательными нарушениями, хотя проводятся исследования в направлении того, чтобы применять эту технологию и для лечения других расстройств. Недавно было проведено исследование на тот предмет, что если DBS может помочь при депрессии, то она имеет также потенциал для терапии нескольких расстройств в мозге[21]. Пока что распространение DBS ограничивается его высокой стоимостью[11]. Создаётся новая версия DBS, которая развилась в новое направление под названием оптогенетика[20]. Оптогенетика предполагает глубокую стимуляцию мозга, соединяя волоконную оптику и генотерапию. Волоконно-оптические кабели предназначены для освещения под действием электрического тока, и белок может добавляться к нейрону под влиянием световых стимулов[25]. Нейромодуляция имеет широкий спектр применения, однако эффект от её применения часто является временным. Цель состоит в максимальном увеличении срока действия эффекта от применения DBS. Другим способом применения нейромодуляции стало бы создание нейро-компьютерных интерфейсов, позволяющих парализованным людям передавать свои мысли на экран компьютера[26].

Вопросы этики

Стволовые клетки

Этичность использования эмбриональных стволовых клеток вызвала споры в США и других странах мира. Главным преимуществом в использовании эмбриональных стволовых клеток является то, что они могут подойти к почти любому типу клеток. Открытия Синъя Яманаки в отношении новых способов создания индуцированных стволовых клеток снизили накал дискуссии[27]. В то же время индуцированные клетки в потенциале могут привести к формированию доброкачественных опухолей, и, как правило, плохо выживают в естественных условиях (в живом теле)[28].

Военное применение

Новые нейротехнологии всегда использовались правительствами, от детекторов лжи и технологий виртуальной реальности до реабилитации и понимания психики. До 12 % американских солдат возвращаются из Ирака и Афганистана с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР)[29]. Комбинируя фармацевтические препараты и нейротехнологии, некоторые исследователи нашли способы снижения «страха» и теоретизируют насчёт возможности применения полученных результатов в лечении ПТСР[30]. Виртуальная реальность является ещё одной технологией, которая привлекла большое внимание военных. Она могла бы использоваться для лучшего обучения солдат.

Приватность

Наконец, нейротехнологии могут выявить вещь, которую люди часто держат в секрете: о чём они думают. Несмотря на большие выгоды от развития нейротехнологий, учёные и политики должны задуматься о возможных последствиях для «когнитивной свободы». Данный термин важен для многих кругов, обеспокоенных целями прогресса в области нейротехнологий (см. нейроэтика (англ.)русск.). Текущие улучшения, такие, как чтение «отпечатков мыслей (англ.)русск.» или выявление лжи с помощью ЭЭГ или фМРТ, может породить целый набор неприятных ассоциаций, хотя до полного применения этих технологий остаются ещё долгие годы[31]. Некоторые специалисты по этике обеспокоены также использованием ТМС; они опасаются, что данная технология может использоваться для изменения пациентов нежелательными способами[8].

См. также

Примечания

  1. ↑ Nintendo Company of America.
  2. 1 2 Broman S. H., Fletcher J. The changing nervous system: Neurobehavioral consequences of early brain disorders. — Oxford University Press, 1999. — 428 p. — ISBN 978-0195121933.
  3. Doidge N. The Brain that changes itself: Stories of personal triumph from the frontiers of brain science. — Viking Press, 2007. — 427 p. — ISBN 978-8178241753.
  4. «The Decade of the Mind».
  5. 1 2 3 4 Purves, 2004.
  6. 1 2 deCharms Ch. et al. Control over brain activation and pain learned by using real-time functional MRI (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences : журнал. — 2005. — 20 December (no. 51). — P. 18626–18631. — ISSN 0027-8424. — DOI:10.1073/pnas.0505210102. — PMID 16352728.
  7. Wassermann E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation (англ.) // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 1998. — January (vol. 108, iss. 1). — P. 1-16. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/S0168-5597(97)00096-8. — PMID 9474057.
  8. 1 2 3 Illes J. et al. An ethics perspective on transcranial magnetic stimulation (TMS) and human neuromodulation (англ.) // Behavioral neurology : журнал. — 2006. — 21 November (vol. 17, iss. 3-4). — P. 149-157. — DOI:10.1155/2006/791072. — PMID 17148834.
  9. Grabner R. H. et al. Transcranial direct current stimulation of the posterior parietal cortex modulates arithmetic learning (англ.) // European Journal of Neuroscience : журнал. — Wiley-Blackwell, 2015. — 15 June (vol. 42, iss. 1). — P. 1667-1674. — ISSN 1460-9568. — DOI:10.1111/ejn.12947. — PMID 25970697.
  10. Gray S. J. et al. Electrically stimulating prefrontal cortex at retrieval improves recollection accuracy (англ.) // Cortex : журнал. — Elsevier, 2015. — December (vol. 73). — P. 188-194. — ISSN 0010-9452. — DOI:10.1016/j.cortex.2015.09.003. — PMID 26457823.
  11. 1 2 Gross R. E. What happened to posteroventral pallidotomy for Parkinson’s disease and dystonia? (англ.) // Neurotherapeutics : журнал. — Springer Science+Business Media, 2008. — April (vol. 5, iss. 2). — P. 281-293. — ISSN 1878-7479. — DOI:10.1016/j.nurt.2008.02.001. — PMID 18394570.
  12. Bell G. B. et al. Alterations in brain activity caused by magnetic fields: Detecting the detection process (англ.) // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 1992. — December (vol. 83, iss. 6). — P. 389-397. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/0013-4694(92)90075-S. — PMID 1281085.
  13. Marino A. A. et al. Effect of low-frequency magnetic fields on brain electrical activity in human subjects (англ.) // Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 2004. — May (vol. 115, iss. 5). — P. 1195–1201. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/j.clinph.2003.12.023. — PMID 15066545.
  14. Langleben D. D. et al. Brain activity during simulated deception: An event-related functional magnetic resonance study (англ.) // NeuroImage : журнал. — Elsevier, 2002. — March (vol. 15, iss. 2). — P. 727–732. — ISSN 1053-8119. — DOI:10.1006/nimg.2001.1003. — PMID 11848716.
  15. Farwell L. A., Smith S. S. Using brain MERMER testing to detect knowledge despite efforts to conceal (англ.) // Journal of Forensic Sciences : журнал. — American Academy of Forensic Sciences, 2001. — January (vol. 46, iss. 1). — P. 135-143. — ISSN 1556-4029. — PMID 11210899.
  16. Mosconi L. et al. Early detection of Alzheimer’s disease using neuroimaging (англ.) // Experimental Gerontology : журнал. — Elsevier, 2007. — Vol. 42, iss. 1-2. — P. 129–138. — ISSN 0531-5565. — DOI:10.1016/j.exger.2006.05.016. — PMID 16839732.
  17. Sur M., Rubenstein J. L. R. Patterning and plasticity of the cerebral cortex (англ.) // Science : журнал. — 2005. — 4 November (vol. 310, no. 5749). — P. 805-810. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.1112070. — Bibcode: 2005Sci…310..805S. — PMID 16272112.
  18. Eriksson P. S. et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus (англ.) // Nature Medicine : журнал. — Nature Publishing Group, 1998. — November (no. 4). — P. 1313-1317. — ISSN 1078-8956. — DOI:10.1038/3305. — PMID 9809557.
  19. ↑ Embryonic stem cell therapy restores walking ability in rats with neck injuries (англ.), Science Daily (10 November 2009). Проверено 29 декабря 2015.
  20. 1 2 Lynch Z. The future of neurotechnology innovation (англ.) // Epilepsy & Behavior : журнал. — Elsevier, 2009. — June (vol. 15, iss. 2). — P. 120-122. — ISSN 1525-5050. — DOI:10.1016/j.yebeh.2009.03.030. — PMID 19328869.
  21. 1 2 Personal correspondence with Dr. Robert Gross
  22. ↑ Breakthrough in the treatment of bacterial meningitis (англ.), Science Daily (15 May 2009). Проверено 30 декабря 2015.
  23. Tsuji J. S. et al. Research strategies for safety evaluation of nanomaterials. Part IV: risk assessment of nanoparticles (англ.) // Toxicological Sciences : журнал. — Oxford University Press, 2005. — 21 September (vol. 89, iss. 1). — P. 42-50. — ISSN 1096-0929. — DOI:10.1093/toxsci/kfi339. — PMID 16177233.
  24. Demeule M. et al. Involvement of the low-density lipoprotein receptor-related protein in the transcytosis of the brain delivery vector Angiopep-2 (англ.) // Journal of Neurochemistry : журнал. — International Society for Neurochemistry, 2008. — 19 May (vol. 106, iss. 4). — P. 1534-1544. — ISSN 1471-4159. — DOI:10.1111/j.1471-4159.2008.05492.x. — PMID 18489712.
  25. 1 2 Adamantidis A. R. et al. Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons (англ.) // Nature : журнал. — Nature Publishing Group, 2007. — 17 October (vol. 450, iss. 7168). — P. 420-424. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/nature06310. — Bibcode: 2007Natur.450..420A. — PMID 17943086.
  26. Hochberg L. R. et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia (англ.) // Nature : журнал. — Nature Publishing Group, 2006. — 13 July (vol. 442, iss. 7099). — P. 164-171. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/nature04970. — Bibcode: 2006Natur.442..164H. — PMID 16838014.
  27. Takahashi K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors (англ.) // Cell : журнал. — Cell Press, 2006. — 10 August (vol. 126, iss. 4). — P. 663-674. — ISSN 0092-8674. — DOI:10.1016/j.cell.2006.07.024. — PMID 16904174.
  28. Laflamme M. A. et al. Cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells in pro-survival factors enhance function of infarcted rat hearts (англ.) // Nature Biotechnology : журнал. — Nature Publishing Group, 2007. — 26 August (vol. 25, iss. 9). — P. 1015-1024. — ISSN 1087-0156. — DOI:10.1038/nbt1327. — PMID 17721512.
  29. «National Center for PTSD Home».
  30. Ressler K. J. Cognitive enhancers as adjuncts to psychotherapy: use of D-cycloserine in phobic individuals to facilitate extinction of fear (англ.) // Archives of General Psychiatry : журнал. — Американская медицинская ассоциация, 2004. — 1 November (vol. 61, no. 11). — P. 1136-1144. — ISSN 1538-3636. — DOI:10.1001/archpsyc.61.11.1136. — PMID 15520361.
  31. Wolpe P. R. Emerging neurotechnologies for lie-detection: promises and perils (англ.) // American Journal of Bioethics : журнал. — Taylor & Francis, 2005. — Vol. 5, iss. 2. — P. 39-49. — ISSN 1536-0075. — DOI:10.1080/15265160590923367. — PMID 16036700.

Литература

Рекомендуемая литература

Ссылки

wiki.sc

Нейротехнологии — Википедия

Нейротехноло́гии — это любые технологии, которые оказывают фундаментальное влияние на то, как люди понимают мозг и различные аспекты сознания, мыслительной деятельности, высших психических функций. Включают в себя также технологии, которые предназначены для улучшения и исправления функций мозга и позволяют исследователям и врачам визуализировать мозг.

Основные положения

Отрасль нейротехнологий насчитывает полувековой возраст, однако своей зрелости достигла только в последние 20 лет. Ключевым событием стало появление нейровизуализации, которая позволила учёным наблюдать работу мозга прямо во время экспериментов. Нейротехнологии оказали существенное влияние на общество, хотя их присутствие является настолько незаметным, что немногие замечают их вездесущность. От фармацевтических препаратов до сканирования мозга, нейротехнологии прямо или косвенно затрагивают почти всё население развитых стран, будь то препараты от депрессии, бессонницы, cиндрома дефицита внимания и гиперактивности, антиневротические средства или сканирование на наличие рака, восстановление после инсульта (англ.)русск. и многое другое.

По мере развития отрасли она позволит обществу контролировать и использовать многие из возможностей мозга, влияющих на личность и образ жизни. Довольно распространённые технологии уже пытаются делать это; игры вроде Brain Age[1] и программы типа Fast ForWord[2], целью которых является улучшение функций мозга, принадлежат к разряду нейротехнологий.

В настоящее время наука способна изобразить почти все аспекты строения и функционирования мозга. Это помогает контролировать депрессию, гиперактивность, бессонницу и многое другое. В терапии это может помочь жертвам инсульта в улучшении координации движений, может способствовать улучшению функционирования мозга, снижению числа приступов эпилепсии, может помочь пациентам с расстройствами двигательных функций (болезни Паркинсона, Хантингтона, БАС) и даже помогает облегчить фантомную боль[3]. Достижения в области нейротехнологий обещают множество новых методов реабилитации больных, испытывающих неврологические проблемы. Нейротехнологическая революция вызвала к жизни инициативу Десятилетие мышления, стартовавшую в 2007 году[4]. Также она даёт возможность выявить механизмы, посредством которых в мозге рождаются разум и сознание.

Современные технологии

Визуализация

Магнитно-резонансная томография (МРТ) применяется для сканирования топологических и знаковых структур мозга, а также для визуализации мозговой активности. Применение МРТ имеет далеко идущие последствия в нейронауках. Это краеугольный камень в изучении мышления, в особенности после появления функциональной МРТ (фМРТ)[5]. Функциональная МРТ измеряет зависимость активизации участков мозга от повышения уровня кислорода. Технология даёт возможность строить карту ассоциативных связей между различными участками и областями мозга, в том числе выявлять новые участки и области. Благодаря фМРТ пациенты могут в режиме реального времени видеть, как их мозг реагирует на раздражители, тем самым получать визуальную обратную связь[6].

Компьютерная томография (КТ) является другой технологией сканирования мозга, используемой с 1970-х годов. Хотя в академической среде многие из функций КТ сегодня переходят к МРТ, первая по-прежнему используется в учреждениях здравоохранения для обнаружения активности и повреждений мозга. Используя рентген, учёные фиксируют в мозге радиоактивные метки, которые указывают на точки активности как инструмент для установления связей в мозге, а также выявляют множество травм/болезней, которые могут причинить мозгу долговременный ущерб (такие, как аневризма или рак)[5].

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) это ещё один метод визуализации, который настроен на фиксацию маркёров, являющихся источниками позитронного излучения (таких, как глюкоза)[5]. ПЭТ применяется всё чаще, потому что позволяет выявлять процессы метаболизма: проблемные участки мозга потребляют больше глюкозы.

Транскраниальная магнитная стимуляция

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) по сути является прямой магнитной стимуляцией мозга. Поскольку электрические токи и магнитные поля неразрывно связаны, воздействие магнитных импульсов на конкретные участки мозга позволяет получать прогнозируемый эффект[7]. Эта область исследований в настоящее время получает большое внимание в связи с потенциальной выгодой от лучшего понимания данной технологии[8].

Микрополяризация

Микрополяризация это форма нейростимуляции, использующая постоянный ток низкого напряжения, который подаётся непосредственно в интересующую зону мозга через небольшие электроды. Первоначально была разработана для помощи пациентам с повреждениями мозга, такими, как инсульты. Тем не менее, исследования по использованию микрополяризации на здоровых взрослых людях показали, что методика может увеличить когнитивные способности для решения различных задач, в зависимости от стимулируемой области мозга. Микрополяризация использовалась для улучшения языковых и математических способностей (хотя одна из её форм способна затормозить обучение математике[9]), развития внимания, улучшения памяти[10] и координации.

Измерения на поверхности черепа

Электроэнцефалография (ЭЭГ) является неинвазивным методом измерения волновой активности мозга. Вокруг головы размещаются ряд электродов, которые улавливают электрические сигналы. Обычно ЭЭГ используется при работе в состоянии сна, так как существуют характерные волновые структуры, связанные с различными стадиями сна[5]. Электроэнцефалография имеет основополагающее значение в исследовании того, как отдыхает мозг. В клинических целях ЭЭГ используются для изучения эпилепсии, а также инсульта и опухолей мозга.

Магнитоэнцефалографией (МЭГ) называется другой метод измерения активности мозга, он замеряет магнитные поля, образуемые электрическими токами в мозге. Преимущество МЭГ перед ЭЭГ заключается в том, что магнитные поля более локализованы, что позволяет лучше отслеживать реакцию различных участков мозга, а также выявлять перевозбуждение (как в случае эпилептических припадков).

Имплантаты

Нейроимплантаты это любые устройства, используемые для контроля или регулирования деятельности мозга. В настоящее время существует несколько имплантатов, доступных для клинического применения при лечении болезни Паркинсона. Наиболее распространёнными нейроимплантатами являются глубокие стимуляторы мозга (DBS (англ.)русск.), которые используются для электростимуляции в парализованных участках мозга. Как известно, болезнь Паркинсона вызывается параличом базальных ганглий, и недавно DBS стали более предпочтительной формой для её лечения, хотя по-прежнему актуальны вопросы исследования эффективности DBS[11].

Нейромодулирование (англ.)русск. сравнительно новое направление, которое сочетает в себе использование нейроимплантатов и нейрохимию. В основе этого метода лежит представление о том, что мозг может регулироваться с помощью различных факторов (метаболических, физиологических, электростимуляции), действие которых способны промодулировать устройства, имплантированные в нейронную сеть. В настоящее время данный метод находится ещё в стадии исследований. Для его применения успешного необходимо создание устройств, которые вызывают как можно меньшую негативную реакцию со стороны организма. Этим занимается химия поверхности нейронных имплантатов (англ.)русск..

Клеточная терапия

Учёные начинают изучать возможности использования в головном мозге стволовых клеток, которые недавно были обнаружены в нескольких участках. В ходе экспериментов стволовые клетки успешно используются в мозге детей, которые пострадали от родовых травм, и у пожилых людей с дегенеративными заболеваниями. Стволовые клетки помогают побудить мозг производить новые клетки и устанавливать больше связей между нейронами.

Фармацевтика

Фармацевтические препараты играют важную роль в поддержании химии мозга в стабильном состоянии и являются наиболее часто используемыми нейротехнологиями. Такие лекарства, как сертралин, метилфенидат и золпидем, действуют в качестве химических регуляторов мозга (для более подробной информации см. нейропсихофармакология (англ.)русск.).

Стимуляция слабыми магнитными полями

Стимуляция с помощью слабых магнитных полей (англ.)русск. изучается сейчас как средство борьбы с депрессией в Гарвардской медицинской школе, а ранее рассматривалась Гленном Беллом[12], Эндрю Марино[13] и другими исследователями.

Технологии будущего

Будущее нейротехнологий заключается не столько в том, какие новые методы появятся, а в том, каковы будут сферы применения технологий. Так, в настоящее время фМРТ исследуется как метод противоболевой терапии. Получая обратную связь о функционировании мозга во время приступов боли, пациенты могут уменьшать болевые симптомы[6]. Проведены исследования по тестированию эффективности фМРТ для распознавания лжи[14]. С той же самой целью изучались возможности ЭЭГ[15]. ТМС испытывается для создания возможных методов лечения пациентов с расстройствами личности, эпилепсией, посттравматическим стрессом, мигренью и другими расстройствами мозга[8]. Помимо этого, сканирование с помощью ПЭТ показало 93 % точности в обнаружении болезни Альцгеймера[16].

Что касается стволовых клеток, исследования показали, что подавляющая часть мозга не восстанавливается либо восстанавливается очень тяжело[17], но в то же время некоторые части мозга обладают хорошими регенеративными способностями (особенно гиппокамп и обонятельные луковицы)[18]. Большая часть исследований центральной нервной системы посвящена поиску способов улучшить регенеративные качества мозга. Важно отметить, что существуют методы, которые улучшают познавательные функции и способствуют увеличению количества нейронных путей[2], однако они не дают быстрого распространения нервных клеток в мозге. Многие учёные пытаются вживлять пациентам с травмой спинного мозга каркасы, которые способствуют росту аксонов (порций нервных клеток, способных к передаче электрических сигналов), так что у пациентов начинает возвращаться способность передвигаться или чувствовать[19]. Потенциал технологий очень широк, в то же время многие из технологий пока пребывают в стадии лабораторных исследований[20]. Некоторые учёные остаются скептически настроенными в отношении возможностей стволовых клеток, полагая, что у электрических протезов больше шансов на решение медицинских проблем вроде потери слуха или паралича[21].

Системы доставки лекарственных веществ изучаются в целях улучшения жизни тех, кто борется с расстройствами мозга и при этом не может лечиться с помощью иных методов. Мозг обладает очень сильным барьером, который предотвращает попадание в него из крови некоторых препаратов от перехода из крови в мозг. Такие заболевания, как менингит, требуют от врачей необходимости вводить лекарство напрямую в спинной мозг, потому что соответствующие препараты не могут преодолеть гемато-энцефалический барьер[22]. Ведутся исследования новых способов проникновения препаратов в мозг через кровоснабжение, так как препарат гораздо легче впрыснуть в кровь, чем в позвоночник. Исследуются новые технологии вроде нанотехнологий с целью селективной доставки лекарств, однако они не лишены недостатков. Если частицы лекарств слишком большие, они будут утилизироваться печенью; в то же время маленькие порции не дадут лечебного эффекта. Помимо этого, необходимо учитывать размер капиллярной поры, потому что слишком крупные частицы могут заткнуть отверстие, предотвращая достаточное поступление препарата в мозг[23]. Другим направлением является создание рецептор-опосредованного транспорта, который нейтрализует рецепторы в мозге, поддерживающие гемато-энцефалический барьер[24]. Имеется предположение, что указанный барьер можно устранить за счёт ультразвука[25]. Конечной целью для систем доставки лекарств является разработка метода, который максимизирует количество получаемого целевыми участками мозга препарата с минимально возможным его разрушением по пути в кровеносном русле.

Нейромодуляция используется сейчас для пациентов с двигательными нарушениями, хотя проводятся исследования в направлении того, чтобы применять эту технологию и для лечения других расстройств. Недавно было проведено исследование на тот предмет, что если DBS может помочь при депрессии, то она имеет также потенциал для терапии нескольких расстройств в мозге[21]. Пока что распространение DBS ограничивается его высокой стоимостью[11]. Создаётся новая версия DBS, которая развилась в новое направление под названием оптогенетика[20]. Оптогенетика предполагает глубокую стимуляцию мозга, соединяя волоконную оптику и генотерапию. Волоконно-оптические кабели предназначены для освещения под действием электрического тока, и белок может добавляться к нейрону под влиянием световых стимулов[25]. Нейромодуляция имеет широкий спектр применения, однако эффект от её применения часто является временным. Цель состоит в максимальном увеличении срока действия эффекта от применения DBS. Другим способом применения нейромодуляции стало бы создание нейро-компьютерных интерфейсов, позволяющих парализованным людям передавать свои мысли на экран компьютера[26].

Вопросы этики

Стволовые клетки

Этичность использования эмбриональных стволовых клеток вызвала споры в США и других странах мира. Главным преимуществом в использовании эмбриональных стволовых клеток является то, что они могут подойти к почти любому типу клеток. Открытия Синъя Яманаки в отношении новых способов создания индуцированных стволовых клеток снизили накал дискуссии[27]. В то же время индуцированные клетки в потенциале могут привести к формированию доброкачественных опухолей, и, как правило, плохо выживают в естественных условиях (в живом теле)[28].

Военное применение

Новые нейротехнологии всегда использовались правительствами, от детекторов лжи и технологий виртуальной реальности до реабилитации и понимания психики. До 12 % американских солдат возвращаются из Ирака и Афганистана с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР)[29]. Комбинируя фармацевтические препараты и нейротехнологии, некоторые исследователи нашли способы снижения «страха» и теоретизируют насчёт возможности применения полученных результатов в лечении ПТСР[30]. Виртуальная реальность является ещё одной технологией, которая привлекла большое внимание военных. Она могла бы использоваться для лучшего обучения солдат.

Приватность

Наконец, нейротехнологии могут выявить вещь, которую люди часто держат в секрете: о чём они думают. Несмотря на большие выгоды от развития нейротехнологий, учёные и политики должны задуматься о возможных последствиях для «когнитивной свободы». Данный термин важен для многих кругов, обеспокоенных целями прогресса в области нейротехнологий (см. нейроэтика (англ.)русск.). Текущие улучшения, такие, как чтение «отпечатков мыслей (англ.)русск.» или выявление лжи с помощью ЭЭГ или фМРТ, может породить целый набор неприятных ассоциаций, хотя до полного применения этих технологий остаются ещё долгие годы[31]. Некоторые специалисты по этике обеспокоены также использованием ТМС; они опасаются, что данная технология может использоваться для изменения пациентов нежелательными способами[8].

См. также

Примечания

  1. ↑ Nintendo Company of America.
  2. 1 2 Broman S. H., Fletcher J. The changing nervous system: Neurobehavioral consequences of early brain disorders. — Oxford University Press, 1999. — 428 p. — ISBN 978-0195121933.
  3. Doidge N. The Brain that changes itself: Stories of personal triumph from the frontiers of brain science. — Viking Press, 2007. — 427 p. — ISBN 978-8178241753.
  4. «The Decade of the Mind».
  5. 1 2 3 4 Purves, 2004.
  6. 1 2 deCharms Ch. et al. Control over brain activation and pain learned by using real-time functional MRI (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences : журнал. — 2005. — 20 December (no. 51). — P. 18626–18631. — ISSN 0027-8424. — DOI:10.1073/pnas.0505210102. — PMID 16352728.
  7. Wassermann E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation (англ.) // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 1998. — January (vol. 108, iss. 1). — P. 1-16. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/S0168-5597(97)00096-8. — PMID 9474057.
  8. 1 2 3 Illes J. et al. An ethics perspective on transcranial magnetic stimulation (TMS) and human neuromodulation (англ.) // Behavioral neurology : журнал. — 2006. — 21 November (vol. 17, iss. 3-4). — P. 149-157. — DOI:10.1155/2006/791072. — PMID 17148834.
  9. Grabner R. H. et al. Transcranial direct current stimulation of the posterior parietal cortex modulates arithmetic learning (англ.) // European Journal of Neuroscience : журнал. — Wiley-Blackwell, 2015. — 15 June (vol. 42, iss. 1). — P. 1667-1674. — ISSN 1460-9568. — DOI:10.1111/ejn.12947. — PMID 25970697.
  10. Gray S. J. et al. Electrically stimulating prefrontal cortex at retrieval improves recollection accuracy (англ.) // Cortex : журнал. — Elsevier, 2015. — December (vol. 73). — P. 188-194. — ISSN 0010-9452. — DOI:10.1016/j.cortex.2015.09.003. — PMID 26457823.
  11. 1 2 Gross R. E. What happened to posteroventral pallidotomy for Parkinson’s disease and dystonia? (англ.) // Neurotherapeutics : журнал. — Springer Science+Business Media, 2008. — April (vol. 5, iss. 2). — P. 281-293. — ISSN 1878-7479. — DOI:10.1016/j.nurt.2008.02.001. — PMID 18394570.
  12. Bell G. B. et al. Alterations in brain activity caused by magnetic fields: Detecting the detection process (англ.) // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 1992. — December (vol. 83, iss. 6). — P. 389-397. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/0013-4694(92)90075-S. — PMID 1281085.
  13. Marino A. A. et al. Effect of low-frequency magnetic fields on brain electrical activity in human subjects (англ.) // Clinical Neurophysiology : журнал. — Elsevier, 2004. — May (vol. 115, iss. 5). — P. 1195–1201. — ISSN 1388-2457. — DOI:10.1016/j.clinph.2003.12.023. — PMID 15066545.
  14. Langleben D. D. et al. Brain activity during simulated deception: An event-related functional magnetic resonance study (англ.) // NeuroImage : журнал. — Elsevier, 2002. — March (vol. 15, iss. 2). — P. 727–732. — ISSN 1053-8119. — DOI:10.1006/nimg.2001.1003. — PMID 11848716.
  15. Farwell L. A., Smith S. S. Using brain MERMER testing to detect knowledge despite efforts to conceal (англ.) // Journal of Forensic Sciences : журнал. — American Academy of Forensic Sciences, 2001. — January (vol. 46, iss. 1). — P. 135-143. — ISSN 1556-4029. — PMID 11210899.
  16. Mosconi L. et al. Early detection of Alzheimer’s disease using neuroimaging (англ.) // Experimental Gerontology : журнал. — Elsevier, 2007. — Vol. 42, iss. 1-2. — P. 129–138. — ISSN 0531-5565. — DOI:10.1016/j.exger.2006.05.016. — PMID 16839732.
  17. Sur M., Rubenstein J. L. R. Patterning and plasticity of the cerebral cortex (англ.) // Science : журнал. — 2005. — 4 November (vol. 310, no. 5749). — P. 805-810. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.1112070. — Bibcode: 2005Sci…310..805S. — PMID 16272112.
  18. Eriksson P. S. et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus (англ.) // Nature Medicine : журнал. — Nature Publishing Group, 1998. — November (no. 4). — P. 1313-1317. — ISSN 1078-8956. — DOI:10.1038/3305. — PMID 9809557.
  19. ↑ Embryonic stem cell therapy restores walking ability in rats with neck injuries (англ.), Science Daily (10 November 2009). Проверено 29 декабря 2015.
  20. 1 2 Lynch Z. The future of neurotechnology innovation (англ.) // Epilepsy & Behavior : журнал. — Elsevier, 2009. — June (vol. 15, iss. 2). — P. 120-122. — ISSN 1525-5050. — DOI:10.1016/j.yebeh.2009.03.030. — PMID 19328869.
  21. 1 2 Personal correspondence with Dr. Robert Gross
  22. ↑ Breakthrough in the treatment of bacterial meningitis (англ.), Science Daily (15 May 2009). Проверено 30 декабря 2015.
  23. Tsuji J. S. et al. Research strategies for safety evaluation of nanomaterials. Part IV: risk assessment of nanoparticles (англ.) // Toxicological Sciences : журнал. — Oxford University Press, 2005. — 21 September (vol. 89, iss. 1). — P. 42-50. — ISSN 1096-0929. — DOI:10.1093/toxsci/kfi339. — PMID 16177233.
  24. Demeule M. et al. Involvement of the low-density lipoprotein receptor-related protein in the transcytosis of the brain delivery vector Angiopep-2 (англ.) // Journal of Neurochemistry : журнал. — International Society for Neurochemistry, 2008. — 19 May (vol. 106, iss. 4). — P. 1534-1544. — ISSN 1471-4159. — DOI:10.1111/j.1471-4159.2008.05492.x. — PMID 18489712.
  25. 1 2 Adamantidis A. R. et al. Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons (англ.) // Nature : журнал. — Nature Publishing Group, 2007. — 17 October (vol. 450, iss. 7168). — P. 420-424. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/nature06310. — Bibcode: 2007Natur.450..420A. — PMID 17943086.
  26. Hochberg L. R. et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia (англ.) // Nature : журнал. — Nature Publishing Group, 2006. — 13 July (vol. 442, iss. 7099). — P. 164-171. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/nature04970. — Bibcode: 2006Natur.442..164H. — PMID 16838014.
  27. Takahashi K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors (англ.) // Cell : журнал. — Cell Press, 2006. — 10 August (vol. 126, iss. 4). — P. 663-674. — ISSN 0092-8674. — DOI:10.1016/j.cell.2006.07.024. — PMID 16904174.
  28. Laflamme M. A. et al. Cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells in pro-survival factors enhance function of infarcted rat hearts (англ.) // Nature Biotechnology : журнал. — Nature Publishing Group, 2007. — 26 August (vol. 25, iss. 9). — P. 1015-1024. — ISSN 1087-0156. — DOI:10.1038/nbt1327. — PMID 17721512.
  29. «National Center for PTSD Home».
  30. Ressler K. J. Cognitive enhancers as adjuncts to psychotherapy: use of D-cycloserine in phobic individuals to facilitate extinction of fear (англ.) // Archives of General Psychiatry : журнал. — Американская медицинская ассоциация, 2004. — 1 November (vol. 61, no. 11). — P. 1136-1144. — ISSN 1538-3636. — DOI:10.1001/archpsyc.61.11.1136. — PMID 15520361.
  31. Wolpe P. R. Emerging neurotechnologies for lie-detection: promises and perils (англ.) // American Journal of Bioethics : журнал. — Taylor & Francis, 2005. — Vol. 5, iss. 2. — P. 39-49. — ISSN 1536-0075. — DOI:10.1080/15265160590923367. — PMID 16036700.

Литература

Рекомендуемая литература

Ссылки

wikipedia.green

Сергей Шишкин. О будущем нейротехнологий и интерфейсах мозг–компьютер.

– Что такое нейротехнологии?
– Нейротехнологии — это технологии, которые тем или иным способом работают с нервной системой человека: они позволяют получать информацию о том, что в ней происходит, или обеспечивают воздействие на нее. Чаще всего нейротехнологии создаются для лечения заболеваний нервной системы и для восстановления функций, утраченных из-за болезни. Но существуют и перспективы их использования для расширения возможностей человека.

Например, многие слышали про интерфейсы «мозг — компьютер» — это устройства, с помощью которых мозг может напрямую отдавать команды компьютеру или роботу. В обычной работе с компьютером мы используем так называемый пользовательский интерфейс, в состав которого, в частности, могут входить клавиатура и мышь, или, скажем, тачскрин. Хотя основное назначение компьютера — помогать нам в интеллектуальной деятельности, для ввода в него информации и отдачи ему команд с помощью этих устройств мы должны использовать наши мышцы. А вот интерфейс «мозг — компьютер», как можно понять из названия, обеспечивает прямое взаимодействие мозга с компьютером: он позволяет отдавать ему команды, буквально не пошевелив и пальцем.

К нейротехнологиям относятся и разработки, связанные с восстановлением функций органов чувств. К примеру, Food and Drug Administration (Управление по надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, США) не так давно одобрило устройство BrainPort, которое позволяет буквально видеть языком. Изображение фиксирует небольшая камера, прикрепленная к очкам. Данные с нее поступают на специальное устройство, которое как бы проецирует картинку на язык при помощи множества электродов, накладываемых на него. В этой остроумной технологии используется способность наших сенсорных (воспринимающих) систем обучаться восприятию непривычной для них информации. Конечно, это устройство не обеспечивает полное восстановление зрения, но благодаря ему незрячие люди могут ориентироваться в окружающем их пространстве.Иногда к нейротехнологиям также относят машинный интеллект, использующий принципы, «подсмотренные» в нервной системе.

– Чем занимается отдел нейрокогнитивных технологий Курчатовского института?
– Мы разрабатываем такие разновидности нейротехнологий, в которых используются знания из когнитивных наук — наук о процессах, которые лежат в основе разума. Когнитивные науки оперируют, в частности, такими понятиями, как язык, память, внимание, намерение, принятие решений. Одна из наших основных задач — исследование мозговых механизмов появления намерения выполнить то или иное действие и применение полученных знаний для разработки новых интерфейсов «мозг — компьютер». Кроме того, в отделе разрабатываются технологии взаимодействия человека с роботами и компьютерными виртуальными агентами (которые могут выглядеть, например, как анимированный аватар) с использованием естественного человеческого языка и жестов, в том числе эмоционально окрашенных.

– Какие бывают интерфейсы «мозг — компьютер»?
– Все существующие интерфейсы «мозг — компьютер» можно разделить на две группы: инвазивные и неинвазивные. В инвазивных интерфейсах электроды помещают на поверхности мозга или вводят прямо в мозг. Когда электроды находятся в мозге, информацию можно считывать непосредственно с нервных клеток в виде электрических сигналов. Ученые обучают машинный интеллект распознаванию характерных рисунков (паттернов) в этих сигналах, которые соответствуют намерению отдать ту или иную команду, а мозг — умению вырабатывать такие паттерны, которые могут быть как можно быстрее и точнее распознаны машинным интеллектом. Особенно впечатляющих результатов на этом направлении добились специалисты из Питтсбурга. Они провели операцию женщине, парализованной ниже шеи — она могла говорить, но не могла двигаться. Вживив пациентке электроды, они в течение нескольких месяцев с помощью специально разработанных методик обучили женщину выполнять роботизированной рукой разнообразные движения, в том числе довольно сложные и точные, и этим частично восстановили ее двигательную функцию.

Однако любое вмешательство в мозг пока что весьма опасно, поэтому в подобных исследованиях операторами интерфейса сейчас становятся лишь тяжело больные людях, которым невозможно помочь другим способом, или обезьяны и другие животные. Но и больные, и даже здоровые люди могут работать с неинвазивными интерфейсами «мозг — компьютер», в которых используются совершенно безопасные методы получения сигналов из мозга. В этом случае электроды помещают на поверхности кожи головы — как ни удивительно, там также можно уловить электрическую активность мозга, в виде так называемой электроэнцефалограммы. К сожалению, в электроэнцефалограмме смешиваются между собой сигналы от разных нервных клеток и даже от разных областей мозга, они ослабляются, пока идут от мозга к коже, и «зашумляются» сигналами немозгового происхождения, например, связанные с сокращениями мышц и с морганием. Поэтому возможности неинвазивных интерфейсов значительно более ограничены, они медленно срабатывают и часто ошибаются. Но ученые продолжают совершенствовать эти системы, расширяют их возможности, делают более управляемыми.

– Где используют интерфейсы «мозг — компьютер»?
– Инвазивные интерфейсы предназначены в первую очередь для людей, чьи мышцы парализованы, но при этом когнитивные функции уцелели: такие пациенты думают, адекватно воспринимают мир, понимают окружающих, и невозможность двигаться и взаимодействовать с близкими приносит им тяжелые страдания. Пока что инвазивные интерфейсы находятся на экспериментальной стадии, но очевидно, что со временем их использование станет значительно менее опасным и более доступным для пациентов.

Неинвазивные интерфейсы также разрабатывают, прежде всего, для помощи парализованным людям. Так, делаются попытки создавать экзоскелеты (внешние каркасы, повторяющие человеческие движения и восполняющие утраченные функции, например, способность ходить — прим. сайта), хотя бы частично управляемые нейроинтерфейсами. Это устройство может совершать движения частично в автоматическом режиме, но важно, чтобы оно также откликалось на желания человека. Уже сегодня неинвазивные нейроинтерфейсы начинают использовать при реабилитации людей после инсульта, когда больные заново учатся совершать некогда привычные действия, например, двигать рукой. Обычно им поначалу помогают медсестры или родственники, но для восстановления нормальной работы мозга по управлению движениями важно, чтобы и сам пациент как можно раньше включался в эту работу. Нейроинтерфейс способен уловить, когда человек сам хочет совершить движение, и передать команду роботизированной системе, которая и помогает выполнить желаемое, к примеру, поднимает руку больного. Исследования еще не дали однозначный ответ насчет эффективности таких методик, но уже полученные данные говорят в пользу того, что они могут повышать успешность восстановления после инсульта.

А наиболее широкое применение на сегодняшний день нейроинтерфейсы нашли в играх. При использовании нейроинтерфейса мы управляем игрой с помощью мысли, оставаясь при этом неподвижными. Более того, для выполнения некоторых активных действий может требоваться как можно больше расслабиться. Нейроинтерфейсы подключают как к компьютерным играм, так и к игрушкам, способным физически перемещаться в пространстве — например, игрок получает возможность «силой мысли» управлять небольшим дроном. Чем-то такое действие напоминает волшебство. Очевидно, за это ощущение такие игры и пользуются популярностью.

Надо сказать, что разработчики подобных технологий нередко утаивают то, что основным управляющим сигналом в них далеко не всегда являются сигналы мозга: они могут в первую очередь откликаться на уровень напряжения мышц или, к примеру, на частоту морганий. Однако эти показатели тоже тесно связаны с изменениями состояния мозга, поэтому в каком-то смысле в этом случае тоже можно говорить о нейротехнологиях, пусть и не об интерфейсах «мозг — компьютер» в строгом смысле этого слова.

– В чем особенности интерфейсов «мозг — компьютер», которые разрабатывает ваш отдел?
– Основное направление нашей работы — создание новых технологий на основе объединения возможностей интерфейса «мозг — компьютер» и других технологий, и, прежде всего, управления компьютером с помощью взгляда.

Суть такого управления заключается в следующем. Обычно, когда мы хотим взять в руки какой-то предмет или что-то сделать с ним, мы сначала смотрим на него. Когда мы работаем за компьютером, то, прежде чем нажать на иконку программы или ссылку, мы переводим на них взгляд. Можно поставить перед человеком видеокамеру, навести ее на зрачки глаз и по ним определять, в какое конкретно место на экране смотрит человек в данный момент. Тогда, чтобы перейти по ссылке, можно просто немного задержать на ней взгляд — это будет равносильно щелчку мышки.

Уже сегодня существуют экранные клавиатуры для парализованных людей, работающие по такому принципу. И надо сказать, многим из их пользователей удается довольно быстро печатать на них, задерживая взгляд на нужных буквах. Однако мы не можем управлять взглядом точно так же, как и руками. Как ни странно, чаще всего люди даже не замечают, на чем останавливается их взгляд. И если перед нами не экранная клавиатура, а более сложная среда, в которой многое может непроизвольно привлечь наше внимание, взгляд будет часто выходить из-под контроля и, например, «щелкать» по тем ссылкам, по которым мы вовсе не собирались переходить.

В одном из наших проектов мы решили попробовать различать случаи, когда человек смотрит на ссылку или экранную кнопку для того, чтобы «щелкнуть» по ней, и такие, когда он смотрит без всякого специального намерения, просто разглядывая экран или задумавшись. Оказалось, что неинвазивный интерфейс «мозг — компьютер» может различить состояния мозга в этих двух случаях, анализируя особенности электроэнцефалограммы во время задержек взгляда и немедленно сообщая, нужно ли выполнить «щелчок» в той позиции, куда направлен взгляд. Пока что точность распознавания команды пользователя невысока, но мы только в начале пути, и, по-видимому, эта технология может быть значительно улучшена. По нашим оценкам, есть хорошие шансы создать на ее основе новое устройство, с помощью которого компьютером можно будет управлять, оставаясь неподвижным и даже полностью расслабленным. Возможно, это позволит существенно увеличить интеллектуальную продуктивность в некоторых видах деятельности, связанной с использованием компьютера.

– Как будут развиваться нейротехнологии в ближайшем будущем?
– В последние годы в мире вкладываются очень большие средства в развитие и самих нейротехнологий, и лежащих в их основе нейронаук. Это уже дает результаты: появляются новые возможности взаимодействия с мозгом, о которых совсем недавно можно было только мечтать, быстро расширяется набор методов, которые можно будет использовать как в исследованиях, так и в основе технологий. Очевидно, что с каждым годом мы будем все больше знать о мозге, и у нас будет все больше кирпичиков, из которых можно строить новые нейротехнологии.

– Какое образование должно быть у специалиста в области нейротехнологий?
– Нейротехнологии — область с очень высоким уровнем междисциплинарности. Чтобы в ней хорошо ориентироваться, нужно разбираться и в нейрофизиологии, и в математических методах, и, в зависимости от направления работы, в науках о материалах, в инженерии, в компьютерных технологиях и программировании, в молекулярной биологии, в психологии. Все это одновременно невозможно изучить на хорошем уровне, поэтому я бы посоветовал подростку выбирать в качестве основного то образование, к которому у него лежит душа. Например, участники наших проектов имеют базовое образование нейрофизиолога, психолога, математика, физика, лингвиста, а некоторые самостоятельно, но на очень хорошем уровне освоили программирование. Но в других областях науки и инженерии, с которыми связана разработка новой технологии, участнику проекта, безусловно, тоже надо в той или иной мере разбираться. И если вы хотите сами изобрести и реализовать в работающей нейротехнологии нечто совершенно новое, то, даже имея возможность сотрудничать со специалистами во всех нужных областях, вам придется и самому погружаться во все компоненты этой технологии и в соответствующие области научных знаний.

– Какие черты характера должны быть у специалиста по нейротехнологиям?
– В дополнение ко всему тому, что требуется от любого исследователя и разработчика, в этой области особенно важно иметь широкий кругозор, уметь воспринимать большие объемы очень разнообразной информации, быстро осваивать новые понятия и приемы работы. А необходимость много взаимодействовать со специалистами из различных областей науки и технологий означает, что нужно уметь понимать других людей, нередко использующих системы представлений о мире, очень отличающиеся от тех, к которым ты привык, и уметь доносить до них свои представления.

– Что вы могли бы посоветовать почитать и посмотреть подросткам, которые хотят больше узнать о нейротехнологиях?
– Сейчас есть немало интересных научно-популярных сайтов, например, сайт «Постнаука», где есть хорошие разделы по нейронаукам, нейротехнологиям и по смежным дисциплинам. Можно посмотреть — как на этом сайте, так и на других ресурсах в интернете — лекции нейробиолога Константина Владимировича Анохина из Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», а также нейрофизиолога и нейротехнолога Александра Яковлевича Каплана из МГУ им. М.В. Ломоносова. Поскольку уровень нейронаук в России в целом пока что заметно уступает западному, очень стоит использовать зарубежные учебные ресурсы, такие как сайт Coursera: хотя он ориентирован прежде всего на студентов, многие курсы окажутся доступными и для школьника.

 

intalent.pro

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *