Молодой ученый Иван Попов второй год работает над созданием нейроинтерфейса для управления протезом руки. Иван учится на шестом курсе медицинского института СВФУ. В следующем году он планирует представить рабочий прототип протеза. Если стоимость зарубежных аналогов колеблется в районе двух-трех миллионов рублей, то протезы, созданные якутянином, будут стоить около 200 тысяч рублей. 

Студент-медик начал работу над своим проектом в 2015 году. Тогда многие посчитали его идею чуть ли не фантастической. В республиканских газетах писали, что протез руки, разрабатываемый Поповым, будет «управляться силой мысли». «Это нельзя назвать «чтением мыслей», как писали СМИ. Если объяснить научным языком, имеется в виду запись нейронной активности с помощью электроэнцефалографа», — поясняет исследователь. 

Интерфейс мозг–компьютер (ИМК) — одна из самых перспективных и многообещающих технологий в лечении неврологических заболеваний и травм, объясняет ученый. Эта технология позволяет установить связь между неповрежденными участками мозга и протезами рук или ног, инвалидными креслами и даже искусственными органами чувств. 

— Эта идея появилась благодаря местному исследователю и изобретателю Айысхаану Алексееву. Он — биофизик и робототехник, раньше был заведующим лабораторией в ФТИ, сейчас работает в технопарке в Октемцах. Встретились с ним два года назад на одной конференции. Я в то время увлекся нейрофизиологией, биофизикой, поэтому мы легко нашли общий язык и решили вместе поработать над созданием протеза руки. 

Выходит, это ваш совместный проект?

— Мы начинали вместе, но позже Айысхаан полностью переключился на свой проект «умного дома» RoboHouse. Довольно долго я пытался найти единомышленников, чтобы собрать команду, но в итоге решил, что буду заниматься проектом по большей части самостоятельно. Есть договоренность с инженерами реабилитационного центра — они будут работать со мной над внешним видом протеза.  

На каком вы сейчас этапе?

— Сейчас моя главная задача — создать электронную начинку протеза, если точнее — его нейроинтерфейс. 

Изначально планировалось, что мы создадим протез кисти, но, как оказалось, намного более востребованы пальцевые протезы. В Якутии очень много случаев обморожений пальцев, а нормальных протезов для них в России нет. Поэтому проект, скорее всего, придется изменить — переключимся на пальцевые протезы.

Как будет работать разрабатываемый вами протез? 

— Протезы бывают косметическими, механическими. Создаваемый нами протез относится к протезам с миографическим управлением. Нейроинтерфейс такого протеза создает, если говорить простыми словами, связь между мозгом и устройством.

Чаще всего для регистрации сигналов используется переносной электроэнцефалограф, но мы решили отказаться от его использования — из-за нечеткости регистрируемых сигналов: это затрудняет выявление паттернов движения. К тому же никто не согласился бы ходить каждый день с таким устройством на голове и постоянно смачивать электроды.

Что будете использовать вместо энцефалографа?

— Электромиографические браслеты, которые будут встроены в протезы на уровня запястья. Они будут считывать сокращения мышц. Во-первых, они не уступают по функциональности ЭЭГ, во-вторых, они более четко и точно считывают сигналы, без лишнего шума. Кроме того, в браслете будут использоваться активные электроды, которые не нужно постоянно мочить, в отличие от энцефалографа.

На зарубежном рынке довольно много бионических протезов рук. В чем преимущество вашей разработки?

— Изначальной целью было сделать хороший нейропротез по доступной цене, который бы не уступал по функциональности зарубежным аналогам. Американские протезы стоят порядка трех миллионов рублей, а стоимость нашего будет около 200 тысяч рублей.

Вы советовались с людьми, которые нуждаются в таких протезах, чтобы понять: какие им функции в первую очередь нужны, как им будет удобнее?

— Я встречался с работниками реабилитационного центра и несколькими пациентами. Сейчас большинству людей, которым ампутировали руку, выдают по страховке косметические протезы, с помощью которых нельзя ничего сделать. Механические протезы лучше, но и у них функционал сильно ограничен. Мы хотим, чтобы как можно больше нуждающихся людей могли позволить себе высокофункциональные нейропротезы по доступной цене. В идеале хотелось бы сотрудничать с государственными учреждениями, чтобы стоимость протезов покрывалась страховкой.

А каков функционал протеза? Что можно будет делать с его помощью?

— Мы рассчитываем на 15 степеней свободы руки. Человек сможет с помощью протеза взять стакан, ручку, открыть дверь и многое другое. Как я говорил, мы планируем еще разработать пальцевые протезы. Человек с их помощью сможет писать, хватать небольшие предметы — то есть будет восстановлена мелкая моторика.

Будет ли человек чувствовать холод, тепло?

— Да, в наши планы входило разработать систему обратной связи — восстановить тактильную чувствительность. Но до весны вряд ли получится успеть всё, придется это отложить. 

Из какого материала будет сделан протез? 

— Протез будет сделан на основе косметического, чтобы он выглядел максимально естественно, как настоящая рука. Будем подбирать морозостойкие материалы, способные выдержать 50-градусный мороз. Это достаточно проблематично, потому что далеко не каждый материал может стабильно и хорошо работать при таких низких температурах. А делать протез, с которым нельзя выходить на улицу зимой, было бы бессмысленно.

Когда мы сможем увидеть образец нейропротеза?

— Планирую представить рабочий прототип весной 2018 года. Как только будет готов прототип, можно будет проводить на нем испытания, дорабатывать его. Промышленный прототип будет готов ориентировочно в 2019 году.

«Представляешь, как двигаешь утраченной рукой»

Если всё получится, где будут производиться протезы? Заключите договор с иногородними заводами или попробуете организовать цех в Якутске?

— У нас два варианта: либо работать на базе технопарка, либо создать небольшой производственный цех здесь. Но это в будущем, сначала нужно доделать рабочий прототип.

Чтобы управлять протезом, человек будет представлять, как он совершает определенное движение? Как это будет работать? 

— Чтобы пациенты могли эффективно управлять нейропротезами, существует целая система реабилитации. Самое простое — представлять, как ты двигаешь утраченной рукой. Важно сохранить нейронные связи, которые отвечают за движения ампутированной конечности. 

Будет ли иметь принципиальное значение, как давно человеку ампутировали кисть, пальцы? 

— Если человеку давно ампутировали руку, нейроны в головном мозге, которые отвечали за определенные движения этой руки, перестраиваются и начинают отвечать за что-то другое. Но благодаря нейропластичности человеческий мозг может перестроиться — на это и рассчитывают создатели нейропротезов. 

Из каких источников сейчас финансируется ваш проект?

— На начальный этап проекта хватило гранта конкурса «Умник» — 400 тысяч рублей. В этом году также выиграл грант главы Якутии — 260 тысяч рублей. К сожалению, этой суммы недостаточно — всё ушло на расходники, командировку. Изначально мы планировали, что для открытия предприятия, создания рабочих мест требуется около 20 миллионов рублей. С таким финансированием можно было бы создать инновационные протезы, которые были бы конкурентоспособными даже на зарубежном рынке.

Разработкой интерфейса «мозг-компьютер» занимаются в научных институтах в Москве, Санкт-Петербурге. Вы не консультировались с учеными, которые занимаются этой темой? 

— Встречался с московскими преподавателями и исследователями, которые занимаются созданием протезов. У всех одни и те же проблемы — как в техническом плане, так и с финансированием. 

При желании любой человек может приобрести специальные модули и напечатать пластиковый протез на 3D-принтере. Но такой протез не будет морозостойким и сломается при первом же падении. Мы ставим целью создать протез именно промышленного образца — качественный и морозостойкий.

Вы несколько лет назад участвовали с этим проектом в конкурсе «Идея на миллион». Кто-то из жюри тогда сказал, что ваша идея кажется чем-то из области фантастики. 

— Если утверждать, что протез управляется «силой мысли», люди, конечно, могут всё понять неверно. Этот проект более чем реален, даже в условиях Якутии. За шесть лет Якутск довольно хорошо развился, появилось много площадок, где можно заниматься наукой и изобретательской деятельностью.

Некоторые могут подумать, что такие проекты невозможно реализовать, из-за незнания, насколько сильно развились технологии в последние годы. Исследования в этой области ведутся уже не первый год. 

Другое перспективное направление — реабилитация больных с неврологическими и костно-мышечными заболеваниями с помощью специальных медицинских экзоскелетов. Они успешно применяются за рубежом, мы бы хотели создать их более доступный аналог. Сейчас средняя стоимость медицинского экзоскелета — около 60-70 тысяч долларов, для небольших бюджетных учреждений это непосильная сумма.

Как такие экзоскелеты могут помочь восстановиться людям, которые перенесли, скажем, инсульт?

— После инсульта многие пациенты заново учатся ходить, это требует длительного времени. Но в условиях стационара нет возможности держать пациента долго. Экзоскелет мог бы ускорить процесс реабилитации таких больных. 

Не было мыслей переехать в другой город?

— Можно было бы, конечно, поработать в других городах или за рубежом, но я уверен, что в итоге все равно вернулся бы в Якутск. Хотелось бы развить местную науку. 

После окончания университета будете работать врачом или уйдете в науку? 

— Знакомые знают, что я не хочу быть просто врачом, и удивляются, почему я поступил в  мединститут. Я выбрал медицинский, потому что еще со школы мне была интересна физиология, как наука об устройстве человеческого организма. В ближайшем будущем вижу себя либо нейрофизиологом, либо специалистом в области робототехники или медицинской кибернетики. 

Как получилось, что вас больше привлекают междисциплинарные науки?

— Нейропротезы, медицинские экзоскелеты — это синергетические проекты, которыми невозможно заниматься, если ты специалист только в одной области. Сейчас работа в междисциплинарных направлениях — требование времени. Специалист, будучи лишь медиком, не сможет создать что-то принципиально новое. Для этого ему нужно либо учиться, либо привлекать экспертов из других сфер. 

Источник: http://news.ykt.ru/article/64121?day.theme