Лабораторию мирового уровня создадут в Сколтехе на грант РНФ

Российский научный фонд по итогам конкурса 2021 года поддержал крупным грантом идею профессора Сколтеха Михаила Лебедева по разработке инвазивных и неинвазивных кортикоспинальных и периферийных интерфейсов, с использованием биомаркерного мониторинга, для нейрореабилитации двигательных функций и контроля боли.

Грант на 108 миллионов руб. выделен на четыре года. Как сообщается на сайте РНФ, конкурс на получение грантов осуществлялся по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными.

По условием конкурса грант выдается при софинансировании индустриального партнера. Таким партнером выступила сколковская компания «Моторика».

За плечами Михаила Лебедева, выпускника физтеха, три десятилетия исследований в ведущих научных центрах США и Италии. В последние полтора десятилетия он работал в Университете Дьюка, где проводил уникальные опыты на обезьянах; их дальнейшее развитие состоялось в рамках мегагранта, который ученый получил в Высшей школе экономики.

В последние дни СМИ публиковали интервью с Лебедевым, который комментировал сообщение о том, что компания Илона Маска Neuralink вживила в мозг обезьяны чип, позволяющий ей играть в компьютерные игры. Михаил Лебедев  считает: развитие нейрологических методов лечения, в том числе, вживление чипов, в ближайшем будущем даст возможность конкурировать с таблетками. Что в устах профессора Сколтеха означает намерение внести свой существенный вклад в этот процесс. Причем речь идет о применении нейрологических методов для лечения болезней, считающихся неизлечимыми.

Прежде, чем кратко рассказать об экспериментах Михаила Лебедева, следует заметить, что он не чужой человек для экосистемы «Сколково». В 2014 году исследователь принимал участие в научной программе Startup Village и выступал на Skolkovo Robotics в 2019-м. Профессор Лебедев активно сотрудничал со сколковской компанией ExoAtlet; его лаборатории принадлежит разработка интерфейса для управления шагами экзоскелета. Не исключено, что сотрудничество с ExoAtlet продолжится в будущем – уже в рамках проектов Центра нейробиологии и реставрации мозга Сколтеха, где ныне работает Михаил Лебедев.

Еще одна сколковская команда – компания «Косима» из Санкт-Петербурга - уже участвует в работе Центра Сколтеха. Компания разрабатывает технологии двигательной реабилитации больных после инсульта и с вертебро-спинальной патологией путём воздействия на спинальные локомоторные сети.

Обезьяна силой мысли приводит в движение робота, находящегося за океаном

В 2003 году в Университете Дьюка профессор Лебедев руководил экспериментом, в ходе которого обезьяна, - в ее мозг имплантировали электроды - управляла роботом, а тот протягивал виртуальную руку и схватывал предмет.

Следующий большой эксперимент состоялся на беговой дорожке, по которой ходила обезьяна, и ученые воспроизводили ее ходьбу на компьютере. Затем обезьяну подсоединили к роботу, находившемуся в Японии. Таким образом обезьяна ходила в Америке, а ее мозговая активность заставляла робота в точности повторять движения животного в Японии. Одно из многочисленных практических приложений этого опыта выливается в проекты с контролем экзоскелета.

Все время усложняя задачу, профессор Лебедев и его команда добились того, что обезьяна не только управляла виртуальной рукой, но и получала в процессе тактильные ощущения. Прежде, когда примат двигал виртуальной рукой робота, он ничего не ощущал в момент, когда эта рука совершала захват объекта.

«Мы создали интерфейс мозг-машина-мозг, - рассказывает Михаил Лебедев. - Обезьяна двигала виртуальной рукой, виртуальная рука дотрагивалась до виртуальных предметов. В это время мы стимулировали соматосенсорную кору, что вызывало ощущение прикосновения. И обезьяна прекрасно научилась трогать предметы и чувствовать некую вибрацию, которая на самом деле вызывалась кортикальной стимуляцией.

А затем мы еще больше приблизились к реальности: обезьяна пальчиком водила по виртуальному объекту и чувствовала его текстуру. Что тоже сработало. А это уже имеет реальный перенос на эксперименты с человеком».

На этом новом этапе эксперимента, который состоялся в ВШЭ, сам профессор Лебедев выступил в роли испытуемого, правда стимуляция была не в мозг, а периферической – т.е. на кожу. В остальном был полностью реплицирован эксперимент на обезьянах. Человек проводил пальцем по квадратику, и при этом его стимулировали в зависимости от того, насколько плотной там была виртуальная решетка. Задача заключалась в том, чтобы попробовать один квадратик, другой квадратик и сравнить их текстуру. И это срабатывало. Собеседник Sk.ru считает достигнутый результат существенным успехом по нескольким причинам. Во-первых, опыт был произведен на человеке; во-вторых, воспроизведена активная парадигма преследования тактильных объектов, и, в-третьих, эксперимент имеет много приложений – например, в протезировании.

«Сейчас активно развиваются интерфейсы, где за счет стимуляции нервов, стимуляции кожи, а может быть, даже коры мозга, восстанавливается ее чувствительность», - комментирует он.

«Миссия – стать лидером в разработках в области нейробиологии и медицинских приложениях»

Что возвращает нас к разговору о гранте РНФ и его задачах.

«В результате выполнения проекта будут впервые разработаны инвазивные и неинвазивные кортикоспинальные и периферийные интерфейсы для нейрореабилитации двигательных функций и контроля боли с использованием биомаркерного мониторинга, система, сочетающая технологии нейроинтерфейсов (на основе моторного воображения и P300) с чрескожной стимуляцией спинного мозга и стимуляции периферических нервов», - говорится, в частности, в аннотации.

«Это грант нужен для того, чтобы осуществлять терапию для пациентов, в том числе, пациентов с инсультами, с травмами спинного мозга, и идея состоит, в том, чтобы запускать стимуляцию спинного мозга через интерфейс. Мы планируем опробовать это в нескольких клиниках: в Самаре, в Москве и в Санкт-Петербурге».

Интересной частью проекта обещает стать сотрудничество сколтеховского центра с нейрохирургом Артуром Бихтимировым из Дальневосточного федерального университета. Он имплантирует пациентам с травмами спинного мозга стимуляторы, которые способствуют реабилитации. «Мы будем с ним работать — добавим к спинальным имплантатам нейроинтерфейсы, что позволит сделать нейрореабилитацию ещё более действенной», - добавляет профессор Лебедев.

О результатах опытов можно будет судить с использованием биомаркерного мониторинга. В Центре нейробиологии и нейрореабилитации мозга Сколтеха работают ученые с экспертизой в молекулярной биологии; эту часть работ по гранту будет координировать профессор Филипп Хайтович. «Мы предполагаем не только лечить больных стимуляцией, но плюс к этому брать у них молекулярные анализы и пробовать объективно оценивать их излечение», - поясняет Михаил Лебедев.

В конечном счете это то, ради чего создавался Центр нейробиологии и нейрореабилитации мозга. «Наша миссия – стать лидером в разработках в области нейробиологии и в медицинских приложениях, - говорит профессор Лебедев. - Таких приложений масса, поскольку миллионы людей страдают от травм и заболеваний мозга, многие из которых считаются неизлечимыми. В частности, неизлечимыми на сегодня являются спинальные травмы: больных поддерживают, но излечению это не поддается. А вот тематика нейроинтерфейса как раз обещает, что таких людей можно будет лечить».