Материалы клиники «НейроВита»

Излучения человеческого мозга – путь к нейроинтерфейсу будущего

Излучения человеческого мозга

Первая победа

Группа российских ученых впервые на практике подтвердила факт наличия электромагнитного микроволнового излучения (ЭМИ) головного мозга человека (ГМЧ). В процессе проведения экспериментов исследователям удалось не только достоверно установить сам факт ЭМИ, но также определить спектр излучения и наиболее активные области мозга.

Серия предварительных исследований позволила убедиться в достоверности и повторяемости полученных результатов. Уникальность способа регистрации ЭМИ ГМЧ подтверждена патентом (заявка РФ №2017126117).

Эксперимент в ФБУ «Ростест-Москва»

Эксперимент в ФБУ «Ростест-Москва»

Фото:  Леонид Брусиловский

Дальнейшие исследования в этой области позволят создать физическую модель ЭМИ ГМЧ и разработать микроволновой сканер реального времени для совершенно нового направления в медицине будущего – микроволновой энцефалографии (МВЭГ).

Технологический вызов

Практические исследования российских ученых и инженеров базируются на новой информационно-коммутационной теории (ИКТ) устройства головного мозга человека, разработанной доктором медицинских наук, профессором Андреем Брюховецким. Он также руководит медико-биологической частью проекта.

Согласно теории профессора, когнитивные и мыслительные процессы в ГМЧ связаны не с электромагнитными процессами в коре головного мозга, а с активностью электромагнитных волн в области межоболочечного ликворного пространства между корой и внутренней поверхностью черепной коробки головы человека. Для практического подтверждения теории понадобились соответствующее сверхчувствительное оборудование, его тщательная отстройка от помех и четыре года сложнейших экспериментов.

В итоге излучение биополя мозга удалось зафиксировать в диапазоне ультравысоких и сверхвысоких частот – от 1,5 до 4,5 ГГц, с длинами волн от 20 до 7 см, соответственно – в соответствии с минимальными размерами исследуемых областей головы.

Амплитудно-частотные характеристики, снятые по итогам «прослушивания» различных отделов мозга, омываемых ликвором (правая и левая лобные доли, тоже для височных, тоже для затылочных, тоже для теменных), продемонстрировали специфическую электромагнитную активность в каждом из них.

В экспериментах ученым пришлось «пройтись» по огромному спектру в диапазоне от 850 МГц до 26,5 ГГц с «мельчайшим» шагом 30 Гц. Каждый обнаруженный всплеск подвергался дополнительному сканирования с шагом 10 Гц, и только после регистрировался как полезный сигнал.

Вторая часть проблемы – чрезвычайно малая мощность сигнала мозга. Речь об уровне -130-100 дБм, или порядка 1*е-15-1*е-13 Вт. Фактически, речь не о микро- или нано-, речь о пико- и даже фемтоваттах излучаемой мощности! По словам Леонида Брусиловского, руководителя проекта, отвечающего за координацию инженерной и медицинской частей, измерительное оборудование, которое способно регистрировать излучение столь малого порядка, да еще в таком специфическом диапазоне, появилось лишь недавно. Российским исследователям первым удалось применить его для практического подтверждения теории профессора Брюховецкого.

В экспериментах использовалась измерительная техника немецкой Rhode & Schwarz, превосходящая аналоги по чувствительности на 20 дБ, с высочайшей скоростью обработки ЭМИ в режиме реального времени длительность от 0,5 мкс. Кроме того, применялась логопериодическая антенна этой же компании с дополнительным малошумящим усилителем собственной разработки. В итоге в активном режиме суммарный коэффициент усиления антенны и усилителя составил около 38 дБ.

Ключевой вызов проекта – регистрация исчезающе малых сигналов на фоне мощных, спектрально разнообразных сигналов (Wi-Fi, GPS, LTE) и случайных помех. Так, ряд ранних экспериментов 2016 года даже пришлось признать неудачными из-за высокого фонового излучения, хотя исследования проводились в максимально защищенной среде – безэховой экранированной камере (БЭК) 1 класса защиты, отвечающей требованиям одного из самых жестких в отрасли ГОСТ РФ Р 50414-92.

В итоге пришлось прибегнуть к беспрецедентным мерам по экранированию и защите от фонового ЭМИ, далеко за рамками стандартов. Исследователи также провели тщательный компьютерный анализ и обработку помех на предмет выяснения закономерностей и более эффективного их устранения в будущих экспериментах.

Время фундаментальных исследований

Исследователи зарегистрировали и доказали факт существования внутренних микроволновых излучений мозга. Следующий этап, который Леонид Брусиловский оценивает примерно в полтора-два года, посвящен изучению характеристик сигналов, а также сложнейшей реверсивной задаче – построению модели излучения микроволнового источника.

Еще на этапе предварительных исследований ученым удалось зафиксировать ряд интересных эффектов. Так, после регистрации 6 и 11 существенных амплитудных всплесков в двух сериях экспериментов со зрительной области мозга (правая затылочная часть) появилась идея повторить то же самое в темноте. Результат потрясающий: 35 всплесков! Таким образом, задолго до начала фундаментальных исследований ЭМИ мозга исследователи получили фактическое подтверждение количественной оценки сигналов – первый шаг к созданию практической микроволновой энцефалографии.

В процессе фундаментальных исследований ученые создадут «карту» микроволновых сигналов мозга, определят физические характеристики в каждой области мозга: лобной, теменной, височной и затылочной справа, слева и в середине головы. Цель –поиск взаимосвязи между сигналами в каждой из областей мозга, между сигналами у различных людей.

Далее планируются поиск корреляции между экспериментальными данными с применением алгоритмов big data. После построения модели микроволновых сигналов головного мозга можно приступать к разработке микроволнового сканера реального времени для технологии микроволновой энцефалографии.

Проблемы нейродиагностики и ее перспективы

По данным ВОЗ, заболевания нервной системы, среди которых доминирует депрессия, к 2020 году выйдут на второе место в мире среди наиболее затратных заболеваний. Самым трагическим последствием при отсутствии лечения депрессии является суицид.

ВОЗ оценивает затраты на диагностику депрессии более чем в 90 млрд евро в ЕС (порядка 20% прямых расходов на здравоохранение) и до $83 млрд в США. Депрессии подвержены до 30% россиян.

Годовые расходы здравоохранения на одного пожилого больного с депрессивным состоянием без учета лекарственных препаратов в 1999 году составили $1835 в США, 4715 евро в Германии, 8083,5 рублей в России.

У более половины пациентов с депрессивными расстройствами депрессию на первом приеме обнаружить не удается, поскольку такие расстройства имеют лишь соматические проявления: повышенная утомляемость, головокружение, сонливость, сердцебиение, потливость, одышка, различные боли и др. Современная первичная диагностика ввиду ее несовершенства в этом бессильна.

Между киборгом и телепатом

Методы изучения мозга человека и его диагностики для лечения заболеваний делятся на две группы: «инвазивные», то есть хирургические процедуры для установки сенсоров на оголенные участки мозга, и «неинвазивные» – без необратимых последствий для организма. Если бы речь шла о нейроинтерфейсе, в первом случае можно было бы говорить о киборге, во втором – скорее, о разновидности шлема для бесконтактного считывания данных.

Инвазивные исследования начинаются с трепанации черепа. Имплантация электродов и датчиков-микрочипов позволяет исследовать точечные области головного мозга – вплоть до отдельных нейронов, регистрировать и стимулировать их активность и наблюдать реакцию.

Такие методы всегда ограничены во времени воздействия – не более года: живой мозг отчаянно защищается от вмешательства извне. В итоге происходит отторжение или образование кисты, даже при использовании наноэлектродов.

Среди неинвазивных методов выделяют электроэнцефалографию (ЭЭГ), когда датчики регистрируют на поверхности головы суммарную электрическую активность нейронов головного мозга при стимуляции зрительными, слуховыми или тактильными воздействиями.

ЭЭГ безопасен, но на практике годится только для выявления судорожных зон при диагностике эпилепсии. Во всех других случаях диагностика на основании ЭЭГ считается субъективной и малодоказательной. По поводу неэффективности ЭЭГ бытует байка о том, как в 1956 году директор Государственного института мозга профессор Виктор Петрович Осипов попросил коллег-профессоров дать заключение по энцефалограмме. После пяти совершенно разных диагнозов – рак мозга, эпилептические припадки, развернутая эпилепсия, тяжелая травма мозга – профессор Осипов сказал, что снял энцефалограмму с мокрой тряпки.

Неинвазивная магнитоэнцефалография (МЭГ) подразумевает регистрацию основных ритмов мозга с помощью сверхпроводящих квантовых датчиков (сквидов) в жидком гелии с температурой около абсолютного нуля (4°К). Датчики находятся в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей.

МЭГ безопасна для мозга, позволяет получить пространственную картину электромагнитных полей с точной их локацией для изучения активности ЭЭГ. Увы, и здесь не без минусов: цена такой установки колеблется в пределах $1,5-5 млн, для ее обслуживания требуется специальный персонал – в процессе нужно использовать до сотни сквидов. Кроме того, данные МЭГ до сих пор являются мало расшифрованным источником данных для психофизиологов, и поэтому широкого клинического распространения не получили.

Значительное число неинвазивных способов также представлено системами магнитно-резонансной томографии (МРТ), включая компьютерную томографию (КТ), функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), позитронно-эмиссионную – или функциональную томографию (ПЭТ). Во всех случаях суть – в воздействии на мозг рентгеновским и электромагнитным излучениями, радиоизотопами, для получения графического послойного 3-мерного отображения мозга для исследования его структуры.

Томография хороша для уточнения анатомии, в частности, поиска патологий, однако совершенно непригодна для объяснения работы мозга. Злоупотреблять томографией также не стоит: один сеанс КТ по воздействию приравнивается к ежегодной флюорографии. И, разумеется, любые томографические установки недешевы.

Перспективы МВЭГ

Леонид Брусиловский выделил следующие прикладные перспективы проекта:

  • «Это ранняя диагностика психических состояний, включая депрессию.
  • Это объективный контроль за состоянием человека в сложных условиях, таких как космос, боевая авиация.
  • Это бионические протезы, роботы-аватары с микроволновым нейрокомпьютерным интерфейсом (МНИ), игры с МНИ.
  • Наконец, это микроволновая передача мыслей на расстояние – реальная альтернатива фантастической идее телепатии».

Одним из первых результатов проведения фундаментальных исследований станет создание систем МВЭГ с бесконтактными датчиками и интеллектуальной системой обработки информации. В перспективе системы МВЭГ позволят диагностировать психическое и физиологическое состояние, исследовать когнитивные и мыслительные процессы.

В состав установки многоканального микроволнового энцефалографа реального времени будет входить многоканальный регистратор реального времени, микроволновая антенная сетка, очки виртуальной реальности, а также специальная среда для исследований (шлем или бокс). Сегодня ничего подобного в мировой практике нет даже в проектах.

Запуск МВЭГ в массовое производство позволит увеличить достоверность и при этом на порядки уменьшить стоимость диагностики психического и физиологического состояния человека. Появление такого оборудования со временем станет возможным в массовом здравоохранении, даже на уровне районных поликлиник.

Наконец, новая неинвазивная технология регистрации микроволновой активности мозга может стать прорывом в диагностике сложных психических расстройств, а также таких распространенных заболеваний головного мозга, как инсульт, атеросклероз, болезни Альцгеймера и Паркинсона, эпилепсия и онкология головного мозга.

Этапы исследования и внедрения

Практическое доказательство излучения головного мозга человека и определение его спектра – лишь первый шаг. После этого была создана методика проведения фундаментальных исследований – для точного определения диапазонов ЭМИ ГМЧ, областей их проявления, номиналов частот, величин амплитуд, импульсной или спектральной формы.

Проект по разработке МВЭГ начнется после завершения фазы фундаментальных исследований. На первых порах после запуска серийного производства МВЭГ цена отдельной многоканальной установки оценивается разработчиками на уровне $20 тыс. В дальнейшем, по мере оптимизации производства, цена может снижаться.

Изначально планируется создание 10-12 комплектов и их продажа по себестоимости. Начиная с пятого года, исследователи планируют перейти к производству до 100-120 комплектов и выйти на 100% рентабельность. Уже существует дорожная карта проекта, включающая спецификацию приборов и оборудования, станков, расходных материалов, производственных помещений, состава и зарплаты сотрудников.

Спрос на многоканальные микроволновые энцефалографы, предоставляющие медикам и ученым уникальные данные о функционировании мозга, прогнозируется на очень высоком уровне. Только на российском рынке потенциальная потребность в таком медицинском оборудовании составит не менее 5500 комплектов – как минимум, по числу крупных клинических больниц. В масштабах международного рынка спрос на микроволновые энцефалографы будет в десятки раз больше.

Финансовая сторона проекта

По предварительным оценкам, для реализации проекта МВЭГ необходимо от $7,5–10 млн. В эту сумму входит закупка оборудования, оснащение рабочих помещений, наем сотрудников для разработки технологии, выпуск рабочей документации, подготовка серийного производства и выпуск опытной партии.

Для проведения фундаментальных исследований нужна собственная лаборатория с самым современным радиофизическим и нейрофизиологическим оборудованием. Одно только измерительное оборудование и качественная «безэховая» камера обойдутся примерно в 100 млн рублей.

На стадии проведения предварительных исследований израсходовано более 3 млн рублей – преимущественно из собственных средств участников проекта плюс помощь от знакомых бизнесменов в сумме около 1 млн рублей. Предварительные исследования производились преимущественно на арендованном оборудовании с помощью и поддержкой ФГУ «Ростест-Москва» и других компаний и ведомств.

Ни Российская академия наук, ни инвестиционные фонды пока что проектом не заинтересовались. Между тем, размер грантов в Европе на проведение подобных исследований обычно составляет 20 тыс. евро и более.

«Основной проблемой при поиске финансовых партнеров является то, что инвестиции в проекты на стадии фундаментальных исследований – большая редкость. Бизнес-инвесторы головы вкладываться лишь на стадии готового предсерийного образца. Но если мы завершим разработку, то и организовать серийное производство и сбыт мы сможем сами: в нашей команде не только радиоинженеры, но и такой столп нейромедицины, как профессор Андрей Степанович Брюховецкий – инициатор исследований, проверяющих его информационно-коммутационную теорию устройства головного мозга» – подчеркнул Леонид Брусиловский.

Есть определенная заинтересованность у НТЦ «Наука». Возможно, сотрудничество начнется в 2020 году. Что интересно, отмечает Леонид Брусиловский, с ними обсуждается научно-исследовательская часть проекта, а не опытно-конструкторская работа.

Среди организаций, которые потенциально могут заинтересоваться технологией, также рассматривается Министерство обороны РФ.

В оформлении статьи использовано изображение с сайта yousite.org.ru и материал с сайта mail.ru .

Определить стоимость и сроки лечения, составить персональную программу лечения


  • Дамы и господа!
  • Дамы и господа!

    Дамы и господа!

    Рак сегодня нельзя вылечить полностью, но его можно попытаться перевести в хроническое и не смертельное заболевание, увеличить продолжительность жизни пациента, улучшить качество жизни онкологического больного или обеспечить достойный человека уход из неё без унижения и мучений.

    С уважением профессор д.м.н. Андрей С. Брюховецкий