Интерфейс мозг-компьютер для управления экзоскелетом: нейрореабилитация пациентов с нарушением локомоторных функций нижних конечностей

5 декабря в рамках международного симпозиума ExoRehab Spotlights 2018 в Москве, сотрудники Центра биоэлектрических интерфейсов, Николай Сметанин, Александра Кузнецова и Алексей Осадчий, представили первый в России нейроинтерфейс для управления экзоскелетом с помощью воображаемых движений нижних конечностей, декодируемых из электроэнцефалограммы пациента. Алексей Осадчий также выступил с докладом «Интерфейсы мозг-компьютер: декодирование ходьбы».
Проект осуществляется совместно с российской компанией ExoAtlet.


Мегагрант №14.641.31.0003, "Двунаправленные электрокортикографические интерфейсы мозг-компьютер для управления, стимуляции и коммуникации", ведущий ученый Михаил Лебедев.

Репортаж о событии на канале НТВ: https://www.ntv.ru/novosti/2117481/

На данный момент экзоскелеты широко используются в мировой практике реабилитации пациентов с нарушениями работы нижних конечностей. Однако, запуск движения экзоскелета обычно осуществляется посредством физического взаимодействия, как правило, посредством нажатия кнопки, что не соответствует естественному биологическому механизму начала движения. Существует научная гипотеза о том, что активация нижних конечностей вслед за активацией соответствующей области моторной коры головного мозга может ускорить восстановление пациентов в результате вовлечения механизмов пластичности.

Эффективность интерфейсов мозг-компьютер для восстановления подвижности верхних конечностей была показана в нескольких исследованиях, в то время как нейроинтерфейсы для нижних конечностей не были исследованы в достаточной мере. Разработка интерфейса мозг-компьютер для управления экзоскелетом с помощью воображаемых движений ног осложняется тем, что процедура анализа данных должна учитывать большое количество артефактов в записанных ЭЭГ-сигналах, вызванных электроникой экзоскелета, интенсивными движениями тела и тонической мышечной активностью.

По результатам работы мы реализовали контур, включающий в себя экзоскелет и интерфейс мозг-компьютер: каждый локомоторный цикл начинается только в случае, если пациент смог качественно представить движение ногами. 

Демонстрация работы нейроинтерфейса представлена на видео. В верхней левой части экрана испытуемому предъявляется два типа заданий: оставаться в покое (красный запрещающий знак) или представлять движение ногами (зеленая стрелка сопровождающаяся звуковым сигналом). В нижней левой части показан результат декодирования: красный цвет показывает, что алгоритм анализа декодировал состояние покоя, зеленый цвет соответствует декодированному состоянию движения и сопровождается шагом экзоскелета.




Договор о выделении гранта Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях и государственных научных центрах РФ, в рамках подпрограммы «Институциональное развитие научно-исследовательского сектора» государственной программы РФ «Развитие науки и технологий» на 2013 – 2020 годы №14.641.31.0003 от 26 апреля 2018г.