Увеличение продолжительности жизни приводит к росту числа нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, на когнитивных функциях сказываются травмы, болезни, стрессы и даже окружающая среда. Чему учить детей и взрослых, чтобы они в течение всей жизни развивали и как можно дольше сохраняли высокие умственные способности, исследуют в Вышке.

Ученые НИУ ВШЭ, ведущие свою деятельность в рамках стратегического проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде» (реализуется по программе «Приоритет-2030»), подвели итоги работы в 2023 году.  

Проректор НИУ ВШЭ Елена Одоевская отметила высокую социальную и научную значимость стратпроекта. Она подчеркнула, что тема развития нейрокогнитивных технологий вызывает огромный интерес не только в научных кругах: семинары всегда собирают большое число участников, в том числе внешних экспертов и партнеров из числа медицинских организаций.

В 2023 году было реализовано 12 проектов, которые проводились по трем ключевым направлениям: «Технологические разработки для исследований и медицины», «Клинические нейротехнологии сохранения когнитивных функций» и «Социально значимые нейрокогнитивные технологии». Все они направлены на разработку «3Н-технологий» (нейродиагностики, нейроадаптации и нейрореабилитации) и создание на их основе инструментов, позволяющих снизить число нейрогенных и психических заболеваний, а также облегчить их последствия.

Директор Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Алексей Осадчий представил коллегам результаты разработки аппаратных и программных компонент технологии магнитоэнцефалографии нового поколения на основе сенсоров с оптической накачкой (МОН МЭГ). Ученые разработали прототип сенсоров и ПО для управления ими и регистрации измеряемых сигналов. Система импортозамещает ведущие западные образцы.

Цель — перейти от огромного магнитоэнцефалографа к компактной системе, которая позволит неинвазивно считывать активность мозга. Она работает на основе небольших сенсоров, которые размещаются непосредственно на голове испытуемого. Это позволит существенно выиграть в количестве информации, которую получают от работающего мозга.

«Методы картирования — как телескопы, в которые смотрят на звезды… Мы можем различить активность популяции нейронов, которые находятся очень близко друг к другу и активируются в очень близкие моменты времени», — пояснил докладчик.

Елена Одоевская добавила, что одна из целей проекта на перспективу — создать систему пренатального мониторинга, чтобы изучать развитие мозга еще не рожденных детей.

Ведущий научный сотрудник Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Денис Захаров рассказал о системе диагностики слуха и синтаксического восприятия речи. Ученые пытаются решить проблему обработки речевых аудиосигналов в мозге человека, чтобы проводить диагностику связанных с ними заболеваний. Дело в том, что зачастую люди, которые жалуются на проблемы со слухом, на самом деле слышат хорошо, но не воспринимают смысл сообщений — их мозг плохо справляется с этой задачей. В настоящее время для борьбы с семантической — или сенсорной — тугоухостью практически нет решений.

Ученые создали экспериментальную установку для синхронизированной записи электрической активности головного мозга и непрерывного аудиопотока речевых стимулов. В рамках пилотного проекта участниками эксперимента выступили несколько здоровых испытуемых. Для анализа восприятия им было предложено два текста — обычный и абсурдный, состоящий из набора грамматически корректных, но бессмысленных фраз. Оказалось, что обработка бессмысленного и осмысленного текстов на уровне мозга достаточно разная, рассказал Денис Захаров.

В перспективе планируется разработать систему нейроморфного дополненного интеллекта распознания речи.

Директор Центра языка и мозга, профессор факультета гуманитарных наук Ольга Драгой представила результаты направления «Клинические нейротехнологии сохранения когнитивных функций». Она рассказала об интерфейсах и цифровых инструментах для коррекции речевых расстройств. Практическая цель работы — довести нейроинтерфейсы до простой формы, которой могли бы пользоваться врачи.

Ученые исследуют такую проблему, как аномия — это трудности при подборе слов и установлении связи между ними. В этом году был создан нейроинтерфейс, который состоит из системы электродов и ПО. Испытуемый видит рисунок и слышит пять слов, его цель — выделить соответствующее слово. Тренировка имеет три уровня сложности.

«В основе лежит процесс, который называется вазомоторной интеграцией языка. Мы видим рисунок и непроизвольно мысленно его называем», — пояснила докладчица.

В итоге планируется создать планшетное приложение, которое можно было бы использовать как под контролем специалистов, так и для самостоятельных тренировок.

Кроме того, ученые разработали кросс-платформенное приложение для коррекции аномии в традиционном виде, как это делают логопеды: показывают рисунок и просят назвать слово. Приложение отмечает правильный ответ, а в случае ошибки называет верный, показывает результат — правильные ответы в процентах, а также ведет дневник результатов в динамике. Алгоритм предъявляет стимулы с учетом лингвистической и психолингвистической сложности.

Научный сотрудник центра Ольга Буйволова рассказала об исследовании, посвященном влиянию различных типов неинвазивной стимуляции головного мозга на речевое функционирование. Полученные результаты можно будет применять в разработке реабилитационных программ для восстановления речи пациентов, переживших инсульт. Ученые изучают несколько типов стимуляции мозга и их влияние на результаты традиционной терапии, проводят клинические исследования с пациентами.

«Критически важный исследовательский вопрос — посмотреть на то, как сохранность проводящих путей белого вещества мозга влияет на исход терапии», — пояснила докладчица.

Директор Центра языка и мозга НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде Мария Худякова рассказала о цифровых инструментах для оценки психических расстройств. Ученые работают над подбором наилучшего метода автоматической обработки результатов заданий на вербальную беглость. Для формирования базы данных эти тесты выполняли пациенты с расстройством мышления (афазия, шизофрения, деменция) и нейротипичные люди.

Обычно испытуемых просят назвать как можно больше слов определенной категории за одну минуту, а затем считают их количество. Но можно сделать более сложный анализ, рассказала докладчица. Например, людей с шизофренией отличает ненормальная активация связей между словами, соскальзывания, ответы «по касательной», а также несвязная и неорганизованная речь. При депрессии люди испытывают сложности с концентрацией и переключением. Ученые разработали алгоритм автоматической кластеризации таких признаков, а также создали сайт с опросниками.

В планах на 2024 год — провести анализ речевых сбоев и самоисправлений, пауз между словами и интонационного контура.

Старший научный сотрудник Центра когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ в Перми Софья Куликова рассказала об исследовании процесса формирования навыка чтения нотного письма. Она напомнила, что музыка сопровождала человека на протяжении всей истории, что неизбежно отразилось на организации головного мозга. Например, при прослушивании классической музыки уже на 1–3-дневных младенцах можно проследить функциональную латерализацию.

По ее словам, эффекты от музыки могут иметь важное социальное и терапевтическое значение, в том числе влияние на академическую успеваемость.

«Существует корреляционная связь с определенными показателями математической успешности. Было доказано, что школьники, которые занимаются музыкой, успевают в среднем на один год быстрее, чем их сверстники. Есть исследования, которые показывают, что в зоне Брока области, которые задействованы в речевых навыках и музыке, сильно перекрываются, то есть мы говорим о синтаксисе в музыке и в речи», — пояснила докладчица.

Также она отметила, что музыка предъявляет очень большие требования к точности: за минуту музыкант должен контролировать примерно 1800 символов — это гораздо больше, чем при обычном чтении, при этом нельзя произнести фонему как-то иначе — важно, чтобы каждая нота звучала в свое время на своей высоте.

Ученые проводят тесты с детьми разных возрастов, исследуют процессы научения ребенка навыкам чтения нотного письма и их влияние на когнитивные способности.

Научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований Анна Измалкова представила результаты исследования, посвященного разработке эффективных стратегий и технологий когнитивного и речевого научения в их связи с би- и мультилингвизмом. Знание иностранных языков позволяет поддерживать структурную и функциональную целостность мозга и повышает устойчивость к снижению когнитивных функций при возрастном ухудшении состояния нервной системы, отметила она. Доказано, что у билингвов деменция наступает в среднем на 5–7 лет позднее.

Ученые готовят экспериментальное исследование, цель которого — разработать технологии тренировки способности к изучению иностранных языков и приложение для диагностики когнитивного резерва.

Директор Института когнитивных нейронаук, директор Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Анна Шестакова представила результаты работы, посвященной прогнозированию и модуляции экономического поведения с использованием технологий мультимодального нейрокартирования. Ученые создали уникальную научную установку для исследования функционального состояния коры головного мозга и подкорковых структур. Инструмент позволяет не только проводить исследования, но и моделировать на их основе поведение потребителей, создавая для них мультимодальную среду, в которой упрощается выбор в пользу желаемой опции.

В частности, исследователей интересовал этот механизм в сфере пищевого поведения, где он может быть особенно эффективен.

По словам Анны Шестаковой, в планах исследования по темам — нейропрогнозирование агрегированных продаж или предпочтений на рынке товаров и услуг, банковского сектора, медиакоммуникаций. Совместно с фондом «Вера» будет изучаться нейропрогнозирование пожертвований, а с Лабораторией исследований рынка труда факультета экономических наук — разработки в области подталкивания в секторе HR. Кроме того, планируется развивать технологии ИИ для прогнозирования и модуляции экономического поведения.

Заведующий Международной лабораторией социальной нейробиологии Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Василий Ключарев исследовал связи характеристик городской среды с состоянием когнитивных функций человека. Эта работа призвана создать подход к объективной оценке качества жилой среды в контексте ее влияния на благополучие населения.

Активность мозга и среда обитания неразрывно связаны, подчеркнул профессор. Жизнь в городе связана с повышенной активностью миндалевидного тела человеческого мозга в ответ на социальные стрессоры. Некомфортная среда приводит к стрессу, который запускает изменения в мозге, а они, в свою очередь, — снижение когнитивных функций.

Так, морфометрия выявила видимые различия в формировании левого гиппокампа мозга двух групп подростков, выросших в сельской местности и в городе. Первая группа лучше выполняла задачи на пространственную рабочую память.

Данные MPT пожилых людей показывают отрицательную корреляцию с городской застройкой и положительную — с городским озеленением.

Исследования показывают, что зеленые массивы, природный облик, водные поверхности и цветущие растения усиливают восстановительный эффект мозговой деятельности, а твердые покрытия, искусственные элементы и абстрактная скульптура усиливают состояние стресса.

«Наблюдение за парками увеличивает сходство психофизиологических состояний людей, снижая отвлечение внимания. Оживленные высокоурбанизированные пространства, напротив, рассеивают внимание, приводя к когнитивной усталости», — подчеркнул Василий Ключарев.

В дальнейших планах ученых — создание индекса когнитивного благополучия городской среды.

Работа заместителя руководителя департамента анализа данных и искусственного интеллекта, старшего научного сотрудника факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ Василия Громова была посвящена созданию эффективной системы обнаружения текстов, написанных ботами, и называлась «Поймай бота». Мы все чаще сталкиваемся с текстами ИИ, и важно, чтобы они четко идентифицировались, убежден профессор. Ученые представили все слова и биграммы в виде множества точек в многомерном векторном пространстве и изучили свойства этой поверхности. Оказалось, что в гигантском семантическом пространстве языка имеются области, которые посещают только люди, а также области, посещаемые исключительно ботами.

«Словарь ботов и людей одинаков, но, когда мы говорим о биграммах и триграммах, все иначе. Бот, насколько бы умным он ни был, — это выученная программа, и его тянет к наиболее типичным характерным последовательностям слов. А человек, насколько бы он ни был необразованным, тянется к неожиданным последовательностям. Эта разница видна и статистически значима. По этому критерию мы можем отличать тексты людей и ботов», — пояснил Василий Громов.

Заведующая Лабораторией социальной и когнитивной информатики НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Елена Кольцова рассказала о создании ИИ-технологий противодействия недостоверной и поляризующей информации, в том числе текстам, где упоминаются или обсуждаются межэтнические конфликты. Для опознавания таких текстов специально разработан нейросетевой алгоритм, а также веб-интерфейс.

Алгоритм впервые распознает наличие этнического конфликта в тексте вместо языка вражды — это расширяет возможности раннего обнаружения конфликтного потенциала.

Это важно, потому что подобного рода контент снижает психологическое благополучие людей и приводит к офлайн-конфликтам. По словам докладчицы, с этим можно бороться с помощью автоматических методов фильтрации либо коррекции текстов, а также на индивидуальном уровне, повышая устойчивость людей к таким воздействиям.

Дальнейшие усилия будут направлены на адаптацию алгоритма для опознавания других типов поляризующих текстов.

В заключение административный руководитель стратпроекта Игорь Соколов поблагодарил руководителей проектов и административную команду (Анна Измалкова, Марина Савукова, Виктория Моисеева), членов управляющего комитета, а также первого проректора Леонида Гохберга, научного руководителя ВШЭ Ярослава Кузьминова и проректора Елену Одоевскую за поддержку.

«В 2024 году в СП5 будут новые идеи, лица и проекты, но останется наш девиз — “С людьми и для людей!”», — подчеркнул он.