Даже после паралича мозг все еще пытается двигаться, и ученые учатся слушать.
Ученые обнаружили, что мозг продолжает посылать сигналы о движении, даже когда паралич блокирует реакцию организма. ЭЭГ-гарнитуры могут однажды помочь перенаправить эти сигналы и восстановить движение без хирургического вмешательства. Фото: Shutterstock
Люди с повреждениями спинного мозга часто теряют способность двигать руками или ногами. Во многих случаях нервы в конечностях остаются здоровыми, а головной мозг продолжает нормально функционировать. Потеря подвижности происходит из-за того, что повреждение спинного мозга блокирует передачу сигналов между мозгом и телом.
Это нарушение связи побудило исследователей искать способы восстановления связи без восстановления самого спинного мозга.
Тестирование ЭЭГ как неинвазивное решение
В исследовании, опубликованном в журнале APL Bioengineering издательством AIP Publishing, ученые из университетов Италии и Швейцарии исследовали, может ли электроэнцефалография (ЭЭГ) помочь преодолеть этот пробел. Их исследование было сосредоточено на том, чтобы определить, может ли ЭЭГ улавливать сигналы мозга, связанные с движением, и потенциально восстанавливать их связь с телом.
Когда человек пытается пошевелить парализованной конечностью, мозг все еще производит электрическую активность, связанную с этим действием. Если эти сигналы удастся обнаружить и интерпретировать, их можно будет направить на стимулятор спинного мозга, который активирует нервы, ответственные за движение в этой конечности.
Выход за рамки мозговых имплантатов
В большинстве предыдущих исследований использовались хирургически имплантированные электроды для записи сигналов движения непосредственно из мозга. Хотя эти системы показали обнадеживающие результаты, исследовательская группа хотела выяснить, может ли ЭЭГ быть более безопасным вариантом.
ЭЭГ-системы носят в виде колпачков, покрытых электродами, которые регистрируют мозговую активность на коже головы. Хотя установка может показаться сложной, исследователи говорят, что это позволяет избежать рисков, связанных с размещением устройств внутри головного или спинного мозга.
«Это может вызвать инфекции; это еще одна хирургическая процедура», — говорит автор Лаура Тони. «Нам было интересно, можно ли этого избежать».
Сложности при считывании сигналов движения
Использование ЭЭГ для расшифровки попыток движения расширяет возможности современных технологий. Поскольку электроэнцефалографические электроды расположены на поверхности головы, им сложно улавливать сигналы, исходящие из более глубоких отделов мозга.
Это ограничение менее проблематично для движений, связанных с руками. Сигналы, управляющие ногами, труднее обнаружить, поскольку они поступают из областей, расположенных ближе к центру мозга.
«Мозг управляет движениями нижних конечностей в основном в центральной области, в то время как движения верхних конечностей находятся в большей степени снаружи», — говорит Тони. «Проще составить пространственное представление о том, что вы пытаетесь расшифровать, по сравнению с нижними конечностями».
Машинное обучение помогает интерпретировать активность мозга
Чтобы лучше анализировать данные ЭЭГ, исследователи использовали алгоритм машинного обучения, разработанный для работы с небольшими и сложными наборами данных. Во время тестирования пациенты надевали ЭЭГ-колпачки и выполняли ряд простых движений. Команда записала результирующую активность мозга и обучила алгоритм сортировать сигналы по различным категориям.
Система успешно различала моменты, когда пациенты пытались двигаться, и когда они оставались неподвижными. Однако ей было трудно различать разные попытки движения.
Чего могут достичь будущие исследования
Исследователи полагают, что их метод может быть усовершенствован при дальнейшей разработке. Они планируют усовершенствовать алгоритм, чтобы он мог распознавать конкретные действия, такие как стояние, ходьба или лазание. Команда также надеется изучить, как эти расшифрованные сигналы могут быть использованы для активации имплантированных стимуляторов у пациентов, восстанавливающихся после травм спинного мозга.
В случае успеха этот подход может приблизить неинвазивное сканирование головного мозга к оказанию помощи людям в восстановлении полноценного движения после паралича.