Клиническое применение разработок; расширение когнитивных способностей человека (способности быстро обрабатывать информацию, лучше ее воспринимать); доведение этих технологий до людей, чтобы им это был доступно.
Мы занимаемся визуализацией активности головного мозга, отслеживанием тех процессов, которые происходят в мозге во время выполнения человеком каких-либо задач или во время воображения им этих задач. Также работаем над разработкой методов и аппаратных средств, которые регистрируют эту активность и обработают полученные сигналы.
Миссия центра
Над чем мы работаем?
Алексей Евгеньевич Осадчий
директор Центра биоэлектрических интерфейсов
Проекты наших студентов
Как попасть в команду?

«
содержание
Наша команда занимается разработкой информационной технологии двунаправленных коммуникаций с использованием кортикографического интерфейса в сочетании с современными методами обработки многомерных данных и соматосенсорной обратной связью посредством электростимуляции или сенсорного замещения.

Внутри твоей головы

— В чем специфика вашей области? Какие научные и технологические проблемы в ней решаются?

— Мы так или иначе связаны с визуализацией активности мозга. Грубо говоря, мы пытаемся увидеть те процессы, которые происходят в головном мозге во время выполнения человеком каких-то задач или во время воображения им этих задач. Мы отслеживаем какие-то стереотипные паттерны активности нейронных популяций мозга, которые потом можно использовать при построении интерфейса «мозг-компьютер».

Также мы придумываем методы и аппаратные средства, которые, с одной стороны, регистрируют эту активность, с другой — обработают полученные сигналы и оценивают вероятность присутствия в них того иного паттерна.

— Как называется ваша лаборатория, как она появилась и над какими задачами вы сейчас в ней работаете?

— Лаборатория называется «Центр биоэлектрических интерфейсов», она родилась на базе группы нейрокартирования, которая образовалась в Высшей школе экономики в Центре нейроэкономики принятия решений под руководством Анны Николаевны Шестаковой.

Эта группа в основном занимается задачами обработки электрофизиологических сигналов активности. Здесь нами разрабатываются алгоритмы анализа данных, регистрируемых при помощи сенсоров, которые устанавливаются на поверхность скальпа либо в непосредственной близости от скальпа. Основной фокус — решение обратной задачи, то есть оценка того, откуда, из какой зоны головного мозга эта активность приходит.

Также мы занимаемся разработкой неинвазивных интерфейсов мозг-компьютер, при помощи которых можно управлять внешними устройствами «силой мысли».
Параллельно мы выиграли заявку на мега-грант (Ведущий ученый М.А. Лебедев), направленный на развитие уже инвазивной технологии, которая подразумевает считывание активности непосредственно с поверхности коры головного мозга, что существенно увеличивает соотношение «сигнал-шум» в данных, ну и вообще информативность этих данных.

— Какие у вас успехи в исследованиях?

— Проект выполняется уже пятый год с нашими клиническими партнерами с МГМСУ и Поленовского института (Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт имени профессора А. Л. Поленова). Сейчас к нам присоединился Центр мозга и нейротехнологий в ФМБА под руководством Всеволода Белоусова и Институт им. Н.В. Склифософского.

Таким образом, имея доступ к пациентам, которым по медицинским показаниям имплантируют в мозг сетки электродов для мониторинга эпилептической активности, поиска зоны начала этой патологической активности, мы с разрешения этих пациентов просим их выполнять всякие задания на компьютере, подвигать пальцем или рукой, пособирать шарики и записываем кинематику движения кисти и активность их мозга при помощи вот этих имплантированных электродов.

— А для чего полученные в результате этого эксперимента данные могут пригодиться?

— Мы ставим задачу восстановления кинематики, то есть скорости движения из картографической активности. Конечная точка этого этапа может быть в создании бионического протеза, который управляется естественной силой мысли. У некоторых пациентов нарушена спинальная проводимость сигнала из головы по позвоночнику к мышцам, им нужно напрямую считывать активность из мозга, чтобы управлять этим протезом. Но это полбеды. В идеале необходимо добиться того, чтобы и информация от протеза поступала в мозг.

Например, в момент прикосновения протеза к предмету, чтобы человек понимал, что дотронулся до чего-то без необходимости это видеть. Мы проводили эксперимент: человек с помощью протеза собирал подвешенные хрупкие шарики, при этом он видел только большой палец, а указательный был спрятан. В итоге человек не знал, когда коснулся шарика, сжимал его и разрушал. Но когда мы подключили ему сеточку и начали стимулировать зону коры, где располагается сенсорная область, эту задачу он стал выполнять с меньшей долей ошибок и гораздо естественней и быстрее.
— Над какими еще проектами и исследованиями вы сейчас работаете?

— Также мы работаем с разными видами неврологических расстройств, вроде депрессии, гиперактивности или дефицита внимания. Мы регистрируем активность мозга человека, выделяем из нее так называемый Альфа-ритм, который сопровождает процесс отключения человека от внешнего влияния, показываем амплитуду этого ритма человеку и просим его смотреть на ритм и желать его роста. Человек начинает хотеть роста этого ритма, и он растет.

При этом мы выяснили, что задержка между тем, что у человека в голове что-то произошло, и тем, когда он это увидел, очень большая, порядка 500 миллисекунд и выше. Мы решили сократить эту задержку и посмотреть, что будет с эффективностью процедуры. На 250 миллисекундах у всех людей, которые проходили тренировку, она шла гораздо быстрее, и после тренировки остаточная мощность альфа-ритма была выше.

Сейчас мы придумали особую технологию, которую развиваем вместе с ВШЭ и Институтом искусственного интеллекта, который учрежден Сбербанком. Мы хотим научиться взаимодействовать с сетями мозга на тех задержках, на которых работает сам мозг, чтобы мозг понял, что искусственная сеть — это его сеть. И тогда мы сможем улучшать какие-то способности. А вторая часть — это реагирование на внешние стимулы, которое зависит от текущего состояния мозга. При этом разные аспекты нужно измерять в зависимости от того, к какой системе вы хотите получить доступ.

И если мы будем учитывать эти аспекты в реальном времени, то сможем находить такие периоды времени, когда информацию человеку можно будет предъявить наиболее эффективно. Например, в реальном времени мы можем оценивать, когда именно человек наиболее продуктивно сможет запомнить новые слова.

— Это что-то вроде особого режима тренировок для мозга?

— Мы это называем технологией дополненного интерактивного интеллекта. Плюс у нас есть фундаментальные исследования. Например, мы продолжаем дело Ивана Николаевича Пигарева, который продвигал так называемую висцеральную теорию сна, которая говорит о том, что те зоны коры головного мозга, которые участвуют в восприятии информации, когда мы не спим, во время сна присоединяются к нашим внутренним органам и обрабатывают сигналы от них.

И он проводил эксперименты с кошками: он стимулировал им кишечник, пока они спали, и смотрел, как меняется активность коры в ответ на стимуляцию. В результате выяснилось, что зрительная кора головного мозга во время сна подключается к кишечнику. Потом был проведен первый эксперимент с людьми. Они проглотили таблетку, которая изнутри стимулирует кишечник. Выяснилось, что во время сна появляется вызванная активность в зрительной коре, а во время бодрствования такого ничего не происходит.

И это объясняет, почему нужно ложиться спать вовремя и спать, ведь мозг ночью действительно подключается к разным органам и нормализует их работу. Возможно, это взаимодействие мозга и внутренних органов можно как-то направлять. Уже сейчас выяснено, что активность коры головного мозга зависит от фазы сердечного ритма. Эту работу мы делали с Московским МЭГ-центром.

— В чем актуальность вашей работы для общества?

— Во-первых, клиническое применение для врачей. Во-вторых, расширение когнитивных способностей человека: возможность быстро обрабатывать информацию, лучше ее воспринимать. В-третьих, доведение этих технологий до людей, наша цель — сделать их понятными и доступными.
Алексей Осадчий на выступлении в Московском центре инновационных технологий в здравоохранении на экспертной сессии «Хирургия будущего». Фото с сайта «Центра Биоэлектрических Интерфейсов»

Тернистый путь к изучению мозга

— Как лично вы пришли к этой теме?

— Это получилось спонтанно. Мой отец — инженер, он работал с датчиками, а мама — нейрофизиолог, занималась высшей нервной деятельностью. В школе я скорее тяготел к тому, что делал отец, и не соединял эти два направления.

Во время обучения в Бауманке я занялся искусственными нейронными сетями. В аспирантуре в Америке я попал к профессору, который занимался электроэнцефалографией и магнитной энцефалографией. И тут все объединилось.

— Что характеризует людей в вашей команде? Какие качества им присущи? И какие требования при приеме выдвигаются?

— Всем нравится научная деятельность, все стремятся изобрести что-то новое, а не просто зарабатывать деньги. Также у членов команды есть способность концентрироваться на деталях, не сдаваться перед сложностями, быть упорными. Важно быть мотивированным далекой наградой, к которой необходимо идти.

— Где работают выпускники вашей команды?

— Я в свое время старался их сохранять, чтобы растить среднее звено, но иногда они все равно уходили. Кто-то в Siemens работает, нескольких ребят я взял в Институт искусственного интеллекта, учрежденный Сбером. Лиза Окорокова, моя магистрантка, сейчас учится в аспирантуре в Чикаго, занимается двунаправленными интерфейсами. Юлия Нурисламова уехала в аспирантуру в Германию.

Проблема в том, что у нас почти нет наукоемких контор, и идея, что бизнес будет делать науку, нежизнеспособна, так как роль науки — придумывать новое, роль бизнеса — зарабатывать деньги.

— Какие еще команды в стране занимаются вашей проблематикой? С кем из них вы поддерживаете связь?

— Мы работаем с Сергеем Шишкиным, он с МЭГ-центре. Также сотрудничаем с Владимиром Борисовичем Дороховым, это наш главный сомнолог. В Институте когнитивных нейронаук собрана достаточно большая группа команд — Вадим Никулин, Борис Гуткин, Василий Ключарев. Что касается сенсоров и методик, то это Институт им. Иоффе, это Антон Вершовский. Также взаимодействуем с Российским квантовым центром, Сколтехом и Николаем Кошевым. Активная работа проводится с врачами — Севой Белоусовым из Центра мозга и нейротехнологий, с МГМСУ с Крыловым и Синкиным, с Поленовским институтом, Настей Архиповой. Только начали взаимодействие с Алексеем Седовым в ФИЦ ХФ РАН, а также с госпиталем им. Бурденко по работе с паркинсониками.

Разгрызая гранит науки

— Что бы вы порекомендовали заинтересовавшимся школьникам? Что нужно знать и через какой опыт пройти, чтобы попасть к вам в команду?

— Необходимо учить физику и биологию. Математику также, так как без нее не бывает физики. И, конечно, не забывать о другой части культуры — хороших книгах и музыке. Прослушивание хорошей музыки формирует мозг. На самом деле стоит тщательно изучать любые дисциплины, так как запоминание, формулирование выводов тренируют мозг и ассоциативные связи, которые потом можно использовать для освоения нового материала. У меня в команде есть врачи, которые умеют паять и программировать.

— Есть ли какие-то открытые материалы, с которыми можно ознакомится по вашей тематике?

— Если вы зайдете на наш сайт https://bioelectric.hse.ru/, то найдете множество интересной информации. Кроме того, про меня на канале «Культура» вышло кино, где я рассказал про некоторые направления нашей работы. Также, есть много лекций на «Постнауке», на Физтехе.

»
  • Разработка методов анализа данных нейровизуализации для выявления процессов в головном мозге человека при моторной активности для развития интерфейсов мозг-компьютер

    Читать →
  • Физические методы оценки, тренировки и контроля когнитивных функций человека c учетом его личностных особенностей

    Читать →
  • Физические основы самообучающихся адаптивных интеллектуальных систем и их применения в биоморфной и антропоморфной робототехнике

    Читать →