Картотека: устойчивый мозг — нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде

Как появился проект «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»?

В 2021 году НИУ ВШЭ вошёл в число победителей программы «Приоритет 2030» по треку «Исследовательское лидерство» и получил поддержку на реализацию собственной «Программы развития до 2030 года». Она включает в себя пять стратегических проектов.

Один из них — проект «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде» — был запущен весной 2023 года. Этому предшествовала долгая подготовительная работа.

Каковы цели и задачи проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»?

Цели и задачи данного проекта можно разделить на фундаментальные, прикладные и образовательные. Значительная часть проекта направлена на разработку направлений и технологий, способных дать ответ вызовам существующей реальности. Среди них такие, как необходимость быстрой адаптации и обучения в меняющейся ситуации, старение населения, а также рост числа психоневрологических заболеваний. Планируется разработка биомедицинских технологий, которые могут быть внедрены в разные области здравоохранения.

Также в задачи проекта входит продвижение исследований в области искусственного интеллекта и расширение естественного. Кроме того, проект охватывает такие области как нейропрогнозирование рыночного поведения и нейрокогнитивные технологии оптимизации городских пространств.

Какие подразделения НИУ ВШЭ задействованы в реализации проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»?

Прежде всего задействованы Институт когнитивный нейронаук (ИКН), Центр языка и мозга, факультет компьютерных наук, факультет биологии и биотехнологии, а также партнёрские лаборатории в петербургском, нижегородском и пермском кампусах НИУ ВШЭ. Кроме того, за пределами НИУ ВШЭ в проекте принимают участие много медицинских университетов, исследовательских медицинских учреждений, которые связаны с развитием биомедицинских технологий.

Налажено ли сотрудничество с другими стратегическими проектами в НИУ ВШЭ?

Да, например, ведётся совместная работа со стратегическим проектом «Успех и самостоятельность человека в меняющемся мире» по поиску нейропротекторов старения.  Также в сотрудничестве с этим же проектом под руководством профессора, ведущего научного сотрудника Института когнитивный нейронаук (ИКН) Василия Ключарева ведётся интересная работа по нейропрогнозированию фейковых новостей (fake news).

В чём уникальность и социальная значимость проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»?

В том, что в рамках проекта разрабатываются технологии нейродиагностики, нейроадаптации, нейрореабилитациии, а также  инструменты, позволяющие снизить число нейрогенных и психических заболеваний или облегчить их последствия. Как отмечает Анна Шестакова, также планируется создание первого центра ассистивных технологий и дополненного интеллекта.

Учёные, работающие в рамках проекта стремятся сфокусироваться на дополненном интеллекте как антитезе искусственному — вывести человека на первое место, а технологии поставить на второе. Чтобы создавать новые технологии для совершенствования способностей мозга и человека, необходимо понимать, как устроен человеческий интеллект и каковы механизмы работы мозга.

Какие конкретно исследовательские подпроекты будут реализованы в рамках проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»?

Их немало:

 Магнитоэнцефалография нового поколения на основе магнитометров с оптической накачкой;

 Нейрокогнитивные технологии оптимизации городских пространств;

 Нейроинтерфейсы и цифровые инструменты для коррекции речевых расстройств;

 Технологии неинвазивной стимуляции головного мозга для восстановления и улучшения речевой функции;

 Поймай бота: семантические пространства дополненного ума;

 Создание когнитивно мотивированных ИИ-технологий противодействия недостоверной и поляризующей информации;

 Прогнозирование и модуляция экономического поведения с использованием технологий мультимодального нейрокартирования;

 ИИ-система диагностики слуха;

 Изучение нейробиологических и психологических основ научения и интеллекта, мультилингвизма и когнитивного резерва;

 Изучение механизмов распределения внимания при обучении чтению нотного письма;

 Цифровые инструменты для оценки психических расстройств.

Интересы партнёров проекта, как отмечает и.о. директора Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Анна Шестакова, очень широки: от клеточной нейрофизиологии до психофизиологии высшей нервной деятельности. «Мы изучаем мозговые механизмы принятия решений, памяти, внимания, речи, взаимодействия тела и мозга, когнитивного резерва, занимаемся нейромоделированием мозговых процессов, созданием алгоритмов искусственного и расширенного естественного интеллекта для широкого спектра когнитивных задач, разработкой программ декодирования сигнала мозга и мультимодальной нейровизуализации, нейрообратной связи, нейротехнологий речевой диагностики, бесстимуляционного предоперационного картирования и многим другим».

Какие важные шаги развития предполагаются в рамках стратегического проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»?

На первоначальном этапе:

 Создание нейроэкономической модели дезадаптивного поведения потребителя;

 Создание прототипа нейропротеза кисти;

 Разработка математических моделей, описывающих связи фазы ритмической активности мозга с процессами парцелляции речевого потока;

 Создание прототипа технологии пассивного интраоперационного картирования речевой функции

На втором этапе:

Создание прототипа магнитоэнцефалографа нового поколения на основе магнитометров с оптической накачкой (МОН-МЭГ);

 Разработка нейропротезов нового поколения с использованием интерфейсов мозг-компьютер, мягких нейроимплантов и распределённой пространственно-временной модуляции;

 Разработка инструментов поддержки общего и билингвального языкового научения для систем образования;

 Создание банка нейрофизиологических данных с внешними медицинскими партнерами.

А можно узнать подробнее об отдельных подпроектах? Например, технология интраоперационного картировании речевой функции — о чём идёт речь?

Когда проводятся нейрохирургические операции, то важно точно установить положение тех или иных зон мозга, в частности речевого центра, чтобы не задеть их во время оперативного вмешательства. Как правило, картирование (представление в виде пространственной карты) речевой коры проводится в активном режиме, с помощью электростимуляции зон мозга. Но это нередко вызывает судорожный приступ.

В рамках стратегического проекта Центр биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Московского государственного медико-стоматологического университета им. А.И. Евдокимова разработали технологию пассивного (бесстимуляционного) картирования речевой коры. Эта технология позволяет решать не только медицинские задачи, но и лингвистические, которыми занимается Центр языка и мозга НИУ ВШЭ.

Для изучения речевых функций важно определять участки мозга, которые отвечают за преобразование мыслительных сигналов в артикуляцию и  речь. В перспективе возможно создание нейроинтерфейса/нейропротеза, который мог бы синтезировать звучащую речь на основе регистрации электрического сигнала на коре головного мозга.

На чём сконцентрирован подпроект, связанный с нейрокогнитивными технологиями оптимизации городских пространств?

Это довольно новая сфера исследований — нейроурбанистика. Она появилась и развивается под руководством Василия Ключарева. Нейроурбанистика изучает, каким образом городская среда влияет на когнитивные способности человека, память, внимание, эмоции. Исследования в этой области помогут понять, как, например, на когнитивных функциях отражается возможность посещения парков или нахождение вблизи автомобильных магистралей. Главная задача этого направления — формирование оптимальной среды проживания.

Какие есть ещё примеры исследований, созданных разработок в рамках проекта «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде»?

Их много. Например, учёные из ФКН НИУ ВШЭ занимаются разработкой математических методов, которые могут быть использованы в исследованиях естественного и дополненного естественного интеллекта. В Центре языка и мозга изучаются отдельные изменения речевой и других когнитивных функций у пожилых людей, а также разработаны чувствительные поведенческие задания для тестирования этих функций. Там же разрабатываются нейротехнологии для коррекции речевых расстройств, а также специальные игровые инструменты для коррекции трудностей обучения в языковой сфере у детей. В Центре биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ развивается уникальная технология бесконтактной энцефалографии нового поколения с использованием оптической магнитометрии.

Стоит также отметить, что в НИУ ВШЭ на базе Института когнитивный нейронаук (ИКН) располагается уникальная научная установка (УНУ), экспериментальный комплект «Автоматизированная система неинвазивной стимуляции мозга с возможностью синхронной регистрации биотоков мозга и отслеживания фиксации глазодвижения» для исследований мозга человека. Она постоянно модернизируется и обеспечивает необходимые технологические ресурсы для проведения передовых исследований. Кроме того, в этом же подразделении работают над комплексом реабилитационных подходов, которые позволили бы повысить эффективность лечения детей с тяжелыми моторными расстройствами.

Какую роль стратегический проект «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде» играет в развитии университета?

Это проект с акцентом на естественные науки. Благодаря его реализации университет выйдет на рынок биомедицинских исследований, а это важно для репутации НИУ ВШЭ как многопрофильного университета. Также в рамках проекта есть задачи по созданию уникальных образовательных треков. Уже сегодня в Высшей школе экономики работают магистерская программа «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию» и новая программа бакалавриата «Когнитивная нейробиология». Также функционирует новая межотраслевая аспирантская школа по когнитивным наукам.

Стратегические проекты НИУ ВШЭ реализуются в рамках программы «Приоритет 2030» и Программы развития университета.