Несколько лет назад связанный с «Ростехом» Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) им. И.С. Брука получил от Минпромторга 500 млн рублей на разработку инновационного медизделия для реабилитации инвалидов. Изобретателям требовалась финансовая поддержка, чтобы довести до ума российский вариант интерфейса «мозг – компьютер» – систему, которая заставляет протезы конечностей двигаться под управлением сигналов, получаемых непосредственно из коры головного мозга. Результат оказался довольно неожиданным: получившееся изделие собираются покупать не реабилитологи, а рекламисты, маркетологи и другие весьма далекие от медицины игроки.
ОЦЕНКИ СЕРОГО
Однажды мне довелось брать интервью у главы НПО «Андроидная техника» Александра Пермякова – одного из самых увлеченных разработчиков человекоподобных роботов и успешного предпринимателя в весьма далекой от роботов сфере. Дело было на очень высоком этаже в «Москва-Сити», грандиозная панорама за окнами располагала к широким обобщениям, и Пермяков описал мне свое видение бессмертия. Пройдет не так уж много лет, с пугающей убежденностью говорил он, и медицина, вместо того чтобы пичкать людей таблетками и пытаться вылечить то, что восстановлению не подлежит, будет просто-на-просто пересаживать мозг безнадежно больного в искусственное тело. Подключил куда нужно все нейронные «входы-выходы» – и порядок.
Роботостроители – ужасные фантазеры, но нарисованная Пермяковым картинка удивительно напоминает мысли на ту же тему биолога из МГУ им. М.В. Ломоносова Александра Каплана, известного специалиста в сфере нейроинтерфейсов. Каплан, смотря на дело как бы с противоположной стороны, в одном из интервью развил практически ту же идею: мозг, искусственное тело, которое выполняет его команды, и интерфейс «мозг – компьютер» между ними. Эту-то «прослойку», точнее, маленький и сильно упрощенный ее кусочек, и задумал при поддержке Минпромторга изготовить ИНЭУМ.
Основы происходящего были заложены почти столетие назад, когда была обнаружена и начала изучаться электрическая активность мозга как отражение происходящих в нем процессов и посылаемых сигналов. Буквально расшифровать эти сигналы не получается и сейчас, и кажется, нет уверенности, что расшифровка в обычном значении слова возможна. Но научиться примерно понимать, что мозг имеет в виду, порой получается.
Активные исследования в направлении создания такого интерпретирующего устройства начались в 70-х в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса. Проводилось множество экспериментов на животных с вживленными в мозг электродами, позже начались исследования и на людях. Мозг был уже не только «передатчиком», но и «приемным устройством». В начале 2000-х в Dobelle Institute в Португалии проводились эксперименты по вживлению электродов в зрительную кору слепых пациентов. Мозг получал через них сигналы от видеокамеры, и человек мог видеть. Правда, немного, лишь оттенки серого. Самым знаменитым пациентом института стал канадец Йенс Науманн, ослепший в возрасте 20 с небольшим лет. Продав все что можно и скопив необходимую для операции сумму, он приехал в Португалию, получил «компьютерное зрение» и совершил поразительную вещь – на очень небольшой скорости самостоятельно проехал на автомобиле по парковке института. История закончилась грустно: Уильям Добелл, руководив- ший всеми экспериментами, внезапно умер, оставив очень мало записей – информацию он предпочитал хранить в собственной голове. Настроенная им техника стала барахлить и постепенно вышла из строя: Науманн уже второй раз в жизни ослеп. Все это он описал впоследствии в книге «В поисках рая».
Неинвазивный интерфейс «Мозг – компьютер»
Фото: ru-an.info
СЕБЕ НА ИНЭУМЕ
В России исследования в области нейроинтерфейсов ведутся давно, а одним из главных авторитетов в этой сфере считается упоминавшийся выше Александр Каплан. В 2012 году конкурс на «разработку технологии и организацию производства ключевых компонентов для создания базовой модели экзопротезов с электронным управлением на основе импульсов головного мозга» выиграл Институт им. И.С. Брука, связанный с «Ростехом». Госкорпорация опосредованно (через Объединенную приборостроительную корпорацию) владеет чуть больше 30% института, 9,13% – у директора Александра Кима, 24,38% – у ООО «Салекс», информации о котором в базе «СПАРК-Интерфакс» нет.
«ИНЭУМ выступает координатором исследований и разработок. Другие участники – это МГУ им. М.В. Ломоносова, НИИ нейрохирургии им. академика Н.Н. Бурденко, МГТУ им. Н.Э. Баумана», – объясняет ведущий инженер ИНЭУМ Арсентий Гусев. Проект, говорит он, был комплексным, и 500 млн рублей были выделены для решения сразу нескольких больших задач. Масштабы тематического охвата производят впечатление. С одной стороны, предстояло разработать собственно интерфейс, принимающий и интерпретирующий сигналы мозга, с другой – целую гамму протезов и комплектующих для них. Речь шла об активных модулях протеза (с электродвигателем), пассивных (без двигателя) и адаптивных. Последним встроенный микропроцессор позволяет, в зависимости от ситуации, менять свои характеристики (становиться более или менее упругими, менять угол в сочленениях). Выбор конечностей для протезирования своеобразен: протез ноги в целом и все его составные элементы, а из области верхних конечностей – только протез локтевого сустава. Еще одна составная часть мегапроекта – миниатюрный экран дополненной реальности, встроенный в очки наподобие Google Glass и предназначенный, в частности, для айтрекинга. На стекла очков может быть выведено, например, изображение с экрана компьютера, наложенное на окружающие человека предметы.
Весь проект, говорит Гусев, был успешно завершен в 2016 году, вышло несколько публикаций о том, что «Ростех» разработал протезы нового поколения, приводимые в движение силой мысли, и идет подготовка к их клиническим испытаниям. Интерфейс «мозг – компьютер», с которым удалось ознакомиться Vademecum, – это довольно кустарного вида (более качественные образцы уехали на выставку) белый обруч, на котором закреплены несколько датчиков и пластмассовая коробочка с устройством, анализирующим и интерпретирующим сигналы. «Используются, – рассказывает Гусев, – так называемые сухие датчики, в стандартном варианте их восемь, но может быть и больше, и меньше. Они прижимаются своими электродами к коже головы».
Все это в некотором смысле обходная технология. «Мы не знаем достоверно, что происходит в мозгу, – говорит Гусев. – При одних и тех же физических действиях могут происходить разные вещи». У одного и того же человека ходьба может быть связана с активностью разных участков, в зависимости и от времени суток, и от его состояния, и от того, идет он своей обычной походкой, чеканит шаг или, скажем, пританцовывает. «Поэтому, – объясняет Гусев, – мы обучаем устройство находить в мозговой активности схожие сигналы, возникающие при повторении определенных мыслительных действий». Программы анализа в той самой коробочке умеют подстраиваться под человека, самообучаться и после некоторого количества проб и ошибок распознавать его намерения.
Надо сказать, что это «распознавание намерений» оказывается вещью не настолько сногсшибательной, как кажется на первый взгляд. Датчики, каждый из которых улавливает электрическую активность довольно большого участка коры, да к тому же не непосредственно, не могут сообщать о намерениях подробно. Гусев и коллеги утверждают, что научились распознавать «общий тип» мыслительной деятельности – хочет человек пойти, или побежать, или подняться по лестнице, или просто встать со стула. Определив его намерения, волшебная коробочка, если объяснять примитивно, включает соответствующую программу на бионическом протезе: он начинает идти, бежать или подниматься по ступенькам, последовательно выполняя заложенные в эти программы мелкие движения. «Самое важное – добиться безошибочной интерпретации», – говорит Гусев. Чтобы не получилось, что ты сидишь, невзначай подумал не о том, а искусственная нога вдруг начинает дергаться и выкидывать коленца.
По словам ведущего инженера ИНЭУМ, разработчикам удалось добиться 99,5-процентной надежности – в среднем лишь в одном случае из двухсот протез делает не то, чего от него ждут. А главное достижение Арсентий Гусев видит в удачной борьбе с помехами при снятии энцефалограммы сухими электродами. Дело в том, что в условиях лаборатории интерфейс получает не такие сигналы, как, скажем, в уличном кафе, когда к электрической активности мозга прибавляются помехи от проходящих мимо людей и проезжающих машин, да и самому носителю интерфейса думается и чувствуется совсем не так, как в кабинетной тиши. Именно эти различия, говорит Гусев, удалось сгладить.
Первоначальная себестоимость одного только интерфейса, без протезов, которые он должен приводить в действие, составляла 200 тысяч рублей. Это много. Андрей Карпов, гендиректор компании «Галатея», одного из немногих российских производителей протезов, рассказал Vademecum, что в его практике максимальная полная сумма контракта на установку протеза российского производства составила 200 тысяч рублей. Однако разработчики из Института им. И.С. Брука неплохо поработали над экономичностью: всячески ужимая «железную» часть проекта и компенсируя это расширением программной части, они сумели снизить стоимость устройства до 40 тысяч рублей. Активный протез, принимающий его сигналы, значительно дороже. Но основной вопрос был в том, что делать с удивительным интерфейсом дальше.
ИНТЕРФЕЙС-КОНТРОЛЬ
Мировая потребность в протезах рук составляет примерно 1,5 млн в год, российская – 40 тысяч», – говорит Илья Чех, создатель стартапа по производству протезов кисти «Моторика». Цифры представляют собой оценку, сделанную его компанией на основе данных мировых исследовательских агентств, Агентства стратегических инициатив и общения с участниками рынка. Ног, по Чеху, требуется почти на порядок больше – это соотношение мало меняется от страны к стране. Объем российского производства протезов и рук, и ног в несколько раз меньше потребности. А импортные изделия существенно дороже – например, бионический протез руки немецкой Otto Bock или производителя аналогичного уровня стоит больше 1 млн рублей. Нельзя сказать, что такой протез совсем недоступен российскому инвалиду в системе социального страхования – просто однозначного ответа на вопрос, доступен или нет, не существует. Система запутанна: «Здесь играет роль очень много факторов, – объясняет Карпов из «Галатеи», – о каком регионе идет речь, сколько здесь инвалидов, каков объем финансирования в конкретном году, есть ли очередь и так далее». Карпов считает, что очень сложные и продвинутые протезы как массовый продукт в России пока что просто не нужны – медицинская культура еще далека от нужного уровня. Илья Чех говорит, что знаком с продукцией ИНЭУМ, но «и это оборудование, и зарубежные аналоги, основанные на том же принципе, работают только в инкубаторных условиях». Для управления таким протезом, объясняет он, требуется концентрация, «при этом любой посторонний звук может ее нарушить».
В мире эксперименты в области, куда пытается проникнуть «Ростех», идут пока больше как научные. Вживление электродов в мозг позволяет добиться гораздо большей точности, но при этом возникают другие проблемы: речь о непростой операции, а эффект оказывается лишь временным. Ткань постепенно рубцуется, электроды перестают воспринимать сигнал. Пока на рынке более распространены бионические протезы с другим принципом действия, основанным на улавливании сигналов от сокращения мышц, оставшихся на культе. Стоило ли тратить полмиллиарда рублей? На самом деле возможности применения интерфейса очень разнообразны даже в сфере медицины. Например, эксперты компании «Три сестры», специализирующейся на реабилитации, видят перспективы интерфейса в ликвидации последствий инсульта: вызывая возбуждение в соответствующем участке коры головного мозга, можно постепенно добиться возобновления движения парализованной конечности.
В 2014 году ИНЭУМ получил от Минпромторга по той же программе еще один подряд стоимостью 37 млн рублей – «Разработка технологии и организация производства технических средств для расширения коммуникативных способностей пациентов, страдающих поражением нервной системы». А вопрос, что делать с уже разработанным устройством, до конца пока не решен. Однако за прошедший с завершения программы год у него появились потенциальные покупатели. Дмитрий Баловнев, руководитель группы, занимающейся в ИНЭУМ созданием интерфейса, видит перспективы устройства в сфере обучения, развлечений, нейромаркетинга, оценки восприятия рекламы, фильмов. Интерес к изделию, говорит Баловнев, уже измеряется сотнями штук в год. До конца 2017-го он надеется продать первую партию, но имя возможного покупателя не уточняет.
Потенциальные заказчики разработанных ИНЭУМ протезов тоже появились. Интересуют их в первую очередь пассивные модули с микропроцессорным управлением. Те, которые подстраиваться под нужды своего «хозяина» могут, а самостоятельно двигаться – нет. Клинические испытания протезов институт еще не начал. Все это не отменяет научную ценность разработки, считает Илья Чех. Медицинское использование интерфейса «мозг – компьютер» обязательно начнется, за этой технологией будущее, считают эксперты, с течением времени она дорастет до такого уровня, что будет использоваться и для управления протезами. Нельзя исключить, что когда-нибудь средства, вложенные в «Фарму-2020», все-таки попадут в медицину.
