Интерфейсы мозг—машина: от фундаментальной науки к нейропротезированию и нейрореабилитации

Интерфейсы мозг—машина (ИММ) объединяют методы, подходы и концепции нейрофизиологии, информатики и инженерии с целью установления двунаправленной связи в реальном времени между живым мозгом и искусственными исполнительными устройствами. Хотя теоретические предположения и отдельные эксперименты, служившие доказательством принципиальной возможности непосредственного соединения мозга с машинами, относятся к началу 1960-х годов, активное развитие исследований ИММ началось лишь в конце 1990-х годов, когда этот подход тесно связали с новыми нейрофизиологическими методами регистрации активности мозга в широкомасштабных сетях. Классические цели ИММ заключаются в следующем: 1) выявить и использовать принципы функционирования и пластические свойства распределённых динамических цепей мозга и 2) создать новые методы лечения для восстановления двигательных функций и ощущений у пациентов с тяжёлой инвалидностью. За последнее десятилетие появился широкий спектр применений ИММ, значительно расширивший первоначальные цели. Исследования ИММ продемонстрировали нейронный контроль движений роботизированных и виртуальных исполнительных устройств, реализующих функции как верхних, так и нижних конечностей. Кроме того, ИММ стали включать способы передачи обратно в мозг сенсорной обратной связи, формируемой внешними исполнительными устройствами. Исследования ИММ находятся на переднем крае многих нейрофизиологических открытий, включая демонстрацию того, что при непрерывном использовании искусственные инструменты могут ассимилироваться схемой тела мозга приматов. Работы в области ИММ также привели к разработке новых стратегий нейрореабилитации. В результате этих усилий длительное непрерывное использование ИММ недавно связали с развитием частичного неврологического восстановления у пациентов с травмой спинного мозга.