Разработано новое устройство для облегчения связи между мозгом, компьютером и телом
Ученые из Сколтеха, Южно-Уральского государственного университета и других вузов разработали устройство для регистрации активности мозга, которое является более компактным и доступным, чем существующие на рынке решения.
Благодаря высокому качеству сигнала и настраиваемой конфигурации, устройство может помочь людям с ограниченной подвижностью восстановить контроль над своими конечностями или заранее предупредить пациентов с эпилепсией о приближающемся приступе. Статья, представляющая устройство и результаты испытаний, опубликована в журнале Experimental Brain Research.
Исследователи и медики, а также инженеры, работающие над созданием футуристических гаджетов, нуждаются в инструментах, измеряющих активность мозга. Среди их научных применений - исследования сна, принятия решений, памяти и внимания.
В клинических условиях эти инструменты позволяют врачам оценивать степень повреждения травмированного мозга и наблюдать за пациентами, находящимися в коме. Далее по киберпанковской дорожке сигналы мозга могут быть преобразованы в команды и отправлены на внешнее или имплантированное устройство либо для восполнения утраченных функций организма, либо для простого развлечения. Команды могут варьироваться от движения руки экзоскелета, который носит парализованный человек, до включения телевизора.
Изобретенные около века назад электроэнцефалографы - это устройства, которые считывают электрическую активность мозга через маленькие электроды, расположенные на коже головы. Записанные сигналы затем используются для исследований, диагностики или создания гаджетов. Проблема существующих систем, используемых в лабораториях и больницах, заключается в том, что они громоздкие и/или дорогие. И даже в этом случае количество электродов ограничено, что приводит к умеренному качеству сигнала. Любительские устройства, как правило, более доступны по цене, но имеют еще более низкую чувствительность.
Чтобы восполнить этот пробел, исследователи из Южно-Уральского государственного университета, Университета штата Северная Каролина и компании Brainflow под руководством инженера-электронщика Ильдара Рахматулина и нейробиолога Сколтеха профессора Михаила Лебедева создали прибор, который можно собрать всего за 350 долларов, по сравнению с 1000 и более долларов, которые потребуются для приобретения существующих аналогов.
Помимо меньшей стоимости, новый электроэнцефалограф имеет до 24 электродов и более. Важно отметить, что он также обеспечивает качество сигнала исследовательского уровня. При диаметре в полсантиметра (около 1/5 дюйма) блок обработки достаточно компактен, чтобы носить его в течение дня или ночи. Все устройство весит около 150 граммов (около 5 унций).
Исследователи выложили инструкции по созданию устройства, а также сопроводительную документацию и программное обеспечение в открытый доступ на GitHub. Команда надеется, что это привлечет больше энтузиастов к разработке интерфейса мозг-компьютер, даст толчок развитию систем поддержки и реабилитации, когнитивным исследованиям и подтолкнет сообщество гиков к созданию новых футуристических штуковин.
"Чем более удобными и доступными становятся такие устройства, тем больше шансов, что это подтолкнет движение домашних лабораторий, и часть исследований в области интерфейсов мозг-компьютер переместится из крупных научных центров в небольшие любительские проекты", - отметил Лебедев.
"Или мы можем увидеть людей с ограниченной подвижностью, использующих интерфейсы "сделай сам" для обучения, скажем, системе на базе смартфона, которая будет электрически стимулировать бицепс для сгибания руки в локте", - продолжил исследователь. "Это работает с теми, кто потерял контроль над рукой из-за травмы спинного мозга или инсульта, когда команды все еще генерируются в мозге - они просто не достигают конечности, и вот тут-то и приходит на помощь наш маленький интерфейс мозг-компьютер".
По мнению команды, такие интерфейсы могут также помочь пациентам с эпилепсией, обнаруживая сигнальные паттерны активности мозга, которые указывают на приближение припадка, чтобы они могли подготовиться, удобно лечь в безопасном месте или попытаться подавить припадок с помощью электрической стимуляции.
