Достижения российских ученых в подготовке нейротехнологического переворота с виртуальной реальностью
Пять лет назад на 30-е годы текущего столетия была спрогнозирована нейротехнологическая революция. Основной маркер изменившейся реальности – массовое использование нейроинтерфесйсов для связи человека с техносферой. Впереди больше половины пути к перевороту, но уже сейчас медицинское применение нейротехнологических достижений меняет жизнь тех, кто готов на эксперименты.
Нейроинтерфейсы и биоэлектронная медицина рассматриваются как приоритетные направления нейротехнологий. Из отчета Национальной технологической инициативой по наиболее значимым трендам в разработке и внедрении нейротехнологий следует, что достижения в этих областях в ближайшее десятилетие вполне способны изменить мир. Каждое из направлений развивает взаимодействие различных устройств с человеком: нейроинтерфейсы с головным мозгом, а биоэлектронная медицина с периферической нервной системой. Специалисты отраслевого союза «Нейронет» подсчитали, что мировой рынок биоэлектронной медицины и сопутствующих технологий к 2025 году достигнет 16,6 млрд долларов. В Neurotech Reports прогнозируют сопоставимый объем рынка нейротехнологических продуктов к 2024 году – 15,1 млрд долларов. Это в полтора раза больше, чем в этом году, отмечают исследователи.
Всего пять лет назад нейроинтерфейсы были «сырым рынком». Хотя результаты разработок уже тогда подтверждали реальные возможности новой технологии, не имеющей ничего общего с телекинезом или случайностью, вроде рефлекторных движений. Это увидели все, когда человек с парализованными нижними конечностями, ударом по мячу открыл Чемпионат мира по футболу в 2014 году. Он был в экзоскелете, управляемом мыслями. Нейроинтерфейс представляет собой устройство, преобразующее мозговые импульсы, мысли, в команду для внешнего устройства. Это может быть не только экзоскелет, но и компьютер, дрон, промышленный робот, бытовые системы.
Сейчас группа сквозных технологий в области нейротехнологий, дополненной и виртуальной реальности является базой для формирования рынка нейронет – принципиально более широкого спектра возможностей для взаимодействия человека с виртуальным миром. Нейротехнологии используют инженерные и электронные методы для понимания и контроля функций нервной системы, и различные инструменты для их усиления, изменения или улучшения, а также для восстановления функций мозга. В результате их применения, можно не только усилить активность нервной системы, но и расширить ее возможности. В том числе за счет объединения нейротехнологий и виртуальной и дополненной реальностей.
Технология виртуальной реальности переносит пользователя в имитированную визуальную окружающую среду, отделенную от реального мира. Для этого нужно надеть VR-очки. Технология дополненной реальности (augmented reality, AR) позволяет использовать информацию в режиме реального времени в форме текста, компьютерной графики, аудио и иных представлений, объединенную с объектами реального мира. Это происходит через heads-up display, очки или шлемы дополненной реальности, и другие возможные формы проецирования графики.
Самые большие ставки в области развития нейроинтерфесов сделаны на медицинское применение, с учетом влияния на качество жизни в долгосрочной перспективе. В соответствии с международным трендом, Центр компетенций НТИ по нейротехнологиям, технологиям виртуальной и дополненной реальности, созданный на базе Дальневосточного Федерального университета, разрабатывает четыре проекта, которые будут объединены в общий продукт медицинской лаборатории по реабилитации.
Работа по проектам «Реабилитационный программно-аппаратный комплекс с применением VR&AR и интерфейсов с двухсторонней связью» и «Клиническое исследование метода реабилитации с использованием виртуальной реальности и технологий с двухсторонней связью» ведется параллельно.
В рамках первого проекта идет разработка программно-аппаратного комплекса по подбору индивидуальной программы мониторинга и реабилитации двигательных и вестибулярных нарушений, в рамках второго – клиническая апробации метода реабилитации с использованием комплекса. Комплекс представляет собой интерактивные упражнения в виртуальной реальности в костюме с мио-электростимуляцией. Он оценивает, например, степень постинсультных поражений, и подтверждает эффективность применяемых технологий для дальнейшей реабилитации. Предполагается, что данный подход к реабилитации сократит время функционального восстановления и период пребывания в стационаре. После пересборки, необходимой для интеграции в общий продукт медицинского контура, в комплексе планируется увеличить число упражнений, доработать интерпретацию метаданных и разработать долгосрочную программу реабилитации.
Третий проект – «Тренажер с применением технологий виртуальной реальности и методология для направленной хронической стимуляции спинного мозга (SCS) в реабилитации пациентов, перенесших осложненную спинномозговую травму». Программы реабилитации, которые в него входят, представляют собой конструктор из нескольких видов упражнений для восстановления нейронных связей пациента. Сейчас в проекте три упражнения в виртуальной реальности со своим набором 3D-объектов – симуляция езды на велосипеде, перехода по лестнице и бега по дороге. Планируется, что каждое можно будет выполнять на трех уровнях: с подключенным нейроинтерфейсом, с мио-эклектро стимуляцией и базовый вариант без модулей. Градацию определяет степень поражения двигательных функций пациента. Работа с подключенным интерфейсом – для сильных нарушений, а вариант без модулей актуален для финального курса реабилитации.
Четвертый проект – «Формирование «цифрового портрета» нейродегенеративных заболеваний с использованием систем захвата движения и интерфейсов двухсторонней связи». Проект направлен на создание цифровой экосистемы (платформы) для пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, цель которой – накопление информации о динамике изменения состояния пациента с момента постановки диагноза, моделирование и построение прогноза по развитию заболевания, формирование единого подхода к оказанию помощи пациентам на основе существующих международных стандартов и протоколов, создание четкой этапной маршрутизации пациентов на разных стадиях развития заболевания. В итоге у врачей, самих пациентов и их родственников, появляется полная картина будущих изменений, возможности для оптимизации состояний на основе существующих международных стандартов.
Обозначенные проекты на разных стадиях разработки, но уже демонстрирующие, какие возможные оптимизации и прогрессы мы увидим в ближайшем будущем. Комплексное использование нейротехнологий, виртуальной и дополненной реальности создает прочные предпосылки инновационного, эффективного лечения и профилактики заболеваний, связанных с нарушениями функций мозга, двигательного аппарата и иных заболеваний. Помимо медицины, у технологий виртуальной и дополненной реальности очевидные перспективы в других сферах - игровая индустрия, промышленность, образование, ритейл, проектирование и др. Neurotech Reports прогнозирует, что рынок виртуальной реальности в 2025 году достигнет 20,9 млрд долларов, а дополненной – 72,7 млрд долларов к 2024 году.