Инструменты и приложения нейроинженерии для двунаправленных интерфейсов, интерфейсов «мозг — компьютер» и нейропротезных имплантатов: обзор последних достижений

Основная цель данного обзора — представить целостный обзор наиболее современных методов, применяемых in vivo у человека для создания интерфейсов «мозг — компьютер» (BCI), двунаправленных интерфейсов и нейропротезов. Нейроинженерия предлагает новые методы решения актуальных задач; однако нейропротезы изучаются уже несколько десятилетий. Последние достижения позволяют разрабатывать более совершенные системы с повышенными точностью, воспроизводимостью и устойчивостью. Двунаправленные интерфейсы объединяют регистрацию информации от мозга и передачу информации в мозг для создания интерфейсов «мозг — компьютер». В статье вводятся понятия неинвазивной и инвазивной регистрации мозговой активности, включая классические и инновационные методы, такие как электроэнцефалография и спектроскопия в ближней инфракрасной области. Затем рассматриваются проблема глиоза и решения для обеспечения биосовместимости полустационарных и постоянных имплантатов, включая инновационные покрытия, материалы и геометрию имплантатов. Учитываются вопросы электропитания имплантатов и передачи данных посредством имплантируемых генераторов импульсов и беспроводной телеметрии. Далее рассматриваются методы передачи сенсорных ощущений обратно в мозг, включая микростимуляцию и транскраниальную магнитную стимуляцию, направленные на повышение интеграции нейроинженерных систем с организмом. В разделе, посвящённом нейропротезированию, обсуждаются различные типы нейропротезов и принципы их работы. Рассматриваются зрительные протезы и анализируются три их типа в зависимости от расположения имплантата. Затем освещаются слуховые протезы — кохлеарные и корковые. Далее рассматриваются протезы кисти и конечностей. В заключение представлены разделы, посвящённые непосредственному управлению инвалидными колясками, компьютерами и роботизированными системами на основе мозговой активности, зарегистрированной с использованием неинвазивных и инвазивных методов.