Новые методы картирования головного мозга облегчат определение зон его коры, отвечающих за речевые функции, и проведение операций на мозге, снизят вероятность повреждения его важных участков. Кроме того, это позволит чаще использовать неинвазивные методы восстановления речи и других функций, утраченных вследствие травм и болезней.

В рамках стратегического проекта НИУ ВШЭ «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде» прошел первый объединенный научный семинар. Его тема — «Новые технологии сохранения функций мозга: интраоперационное пассивное картирование для предотвращения речевых расстройств».

Модератор, проректор НИУ ВШЭ Елена Одоевская рассказала, что первый семинар нового стратегического проекта НИУ ВШЭ открывает большую программу междисциплинарных исследований. Она отметила важность сотрудничества ученых университета с медиками.

Ведущий научный сотрудник отделения неотложной нейрохирургии НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Михаил Синкин подчеркнул, что создание интерфейса «мозг — компьютер» — это фундаментальная научная работа, которая ведется во многих странах мира. В медицине такой интерфейс важен для понимания функционального состояния мозга и особенностей работы отдельных участков его коры. Кортикографию, метод записи биоэлектрической активности мозга, возможно использовать для изучения различных ее проявлений, в том числе детектирования участков, определяющих речь.

Директор Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Алексей Осадчий назвал важным снятие завесы мистики с исследований мозга и методов его стимуляции: «Это не магия, а нормальный инжиниринг». Он пояснил, что отвечающие за речь участки коры мозга есть у всех, но у разных людей они могут быть в разных сегментах. Речевое картирование позволяет определить их расположение и избежать их повреждения в случае операции и облегчить восстановление речи при ее нарушениях. Нынешняя процедура картирования предполагает электростимулирование мозга, что приводит к судорогам у части пациентов, а также предполагает участие нейролингвиста для фиксации выполнения речевых заданий.

Новый метод пассивного картирования предполагает выполнение речевых заданий без электростимуляции с фиксацией их выполнения с помощью электроэнцефалографа, который отображает интенсивность более стабильных по сравнению с другими гамма-колебаний.

Предложенная Центром биоэлектрических интерфейсов технология предполагает попеременную активацию зрительных и речевых зон коры головного мозга с небольшими интервалами, что позволит поймать активность разных его участков и долей. Используя накопленные знания, можно интерпретировать фрагменты записи отдельных пациентов, причем новый метод позволяет работать не только в процессе операции, но и в межоперационный период, чтобы понять, связана ли та или иная зона с речью, в том числе у людей с пониженной когнитивной функцией. Активность сразу нескольких электродов при выполнении речевых задач подтверждает высокую вероятность связи участка мозга с речевой функцией. Использовать этот метод также возможно при неинвазивном лечении хронических болезней.

Алексей Осадчий также отметил: созданная учеными система работает с любыми усилителями сигнала, что снижает необходимость в дополнительном оборудовании, нередко мешающем во время операции.

В перспективе, по его мнению, развитие новой методики позволит моделировать процессы прерывания и восстановления речи, автоматически размечать поля для операций, создавать адаптивные сетки для адаптации мозга пациента после операции.

Определение зоны, ответственной за речевую функцию у пациента, также можно использовать для неинвазивных когнитивных экспериментов, извлечения и анализа полученных данных.

Директор Центра языка и мозга НИУ ВШЭ Ольга Драгой подчеркнула: предложенные технологические решения позволяют решать и лингвистические задачи. По ее мнению, для изучения речепродукции важно определить участки мозга, отвечающие за преобразование мыслительных сигналов в речь и артикуляцию (внятное произношение звуков и слов). Исследование сенсомоторных механизмов в коре облегчит работу нейролингвистов, определение отделов мозга, задействованных в разных этапах речевой деятельности — от произношения слов до их семантики и синтаксиса.

Язык, пояснила Ольга Драгой, — распределенная система, ее элементы сложно взаимодействуют друг с другом: «Нельзя говорить о картировании языка вообще, он неравномерно распределен по всему мозгу». Так, постинсультная афазия (расстройство собственной речи и понимания речи окружающих) нередко приводит в том числе к невнятному произношению некоторых звуков и слов, забыванию отдельных слов и их значений.

Эксперименты в ходе операций показали, что электростимуляция определенных отделов лобной доли мозга нарушает речевую инициативу, человеку трудно закончить начатое предложение, при стимуляции других отделов пациент может путать лексемы. 

Выполнение определенных речевых заданий пациентом со стимуляцией определенных отделов мозга и без нее позволит определить, какие именно участки мозга и его коры отвечают за отдельные элементы речи.

По мнению Ольги Драгой, ключевая задача работы в ближайшие три года — сравнение эффективности разных протоколов исследования: активного в квадрате (выполнение активных речевых задач со стимуляцией), пассивно-активного (без стимуляции, но с активной речевой задачей) и пассивного в квадрате — без стимуляции и при пассивном восприятии речи.

В будущем, полагает она, вероятно создание речевого нейропротеза, синтезирующего речь на основе сигнала коры мозга, что позволит значительно облегчить жизнь людей после инсульта, инфаркта и при иных поражениях головного мозга. «То, чем мы сейчас занимаемся, может помочь прицелиться к тем зонам, на которые можно накладывать нейроинтерфейс», — подытожила Ольга Драгой. 

Новые методы также расширят применение лингвистических моделей и компьютерной лингвистики, а также нейролингвистики для изучения речевых процессов.

Академик РАН, гендиректор Национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова Олег Карпов заинтересовался, чем именно полезно пассивное картирование.

Алексей Осадчий пояснил: это позволяет хирургам получить более точную информацию об участках, отвечающих за речевую функцию, и значительно сократить вероятность травмирующих и инвалидизирующих пациента сценариев операции.

МИХАИЛ СИНКИН НАЗВАЛ ПАССИВНОЕ КАРТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЕЙ, МАКСИМАЛЬНО СБЕРЕГАЮЩЕЙ ЗДОРОВЬЕ ПАЦИЕНТА ПРИ НЕЙРОХИРУРГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ. «ЭТО ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ», — УВЕРЕН ВРАЧ-НЕЙРОХИРУРГ.

В работе семинара также приняли участие заведующий Центром нейрохирургии Национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова Андрей Зуев, ведущий научный сотрудник МЭГ-центра, руководитель группы нейрокогнитивных интерфейсов Московского государственного психолого-педагогического университета Сергей Шишкин, заместитель руководителя департамента анализа данных и искусственного интеллекта факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ Василий Громов, директор Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Анна Шестакова, профессор Школы лингвистики факультета гуманитарных наук НИУ ВШЭ Ольга Ляшевская, административный руководитель стратегического проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде» Игорь Соколов.

В завершение семинара Елена Одоевская поблагодарила докладчиков и участников за интересные сообщения и содержательную дискуссию. Она подчеркнула, что междисциплинарные исследования позволят исследователям разных специальностей получить доступ к новым ресурсам. Одновременно, уверена Елена Одоевская, они имеют большой педагогический потенциал, обучая студентов гуманитарных специальностей работать с данными. «Мне кажется, это будет потрясающий опыт», — подытожила проректор Вышки.