Ввод в кибермедицину

Ввод в кибермедицину


09.06.2018


В самом начале, когда интернет только-только входил в обиход, термином «кибермедицина» называли [1] то, что мы сейчас называем «телемедициной» — связь врача с врачом, врача с пациентом и решение других проблем медицины посредством интернета. Теперь же термин «кибермедицина» больше подходит для описания высокотехнологичной медицины — нейро-компьютерных интерфейсов (НКИ), или, по-другому, «интерфейсов мозг-компьютер» (ИМК, BCI — Brain-Computer Interface), медицинских систем на основе больших данных (Big Data), искусственного интеллекта (ИИ, AI), медицинской биоинженерии, роботизированной медицины и бионики, — которая служит не только для автоматизации диагностики и структурирования информации, но и для киборгизации человека. Мне интересна эта тема, поэтому я решил написать вводную статью в этот увлекательный кибер-мир: с чего начинали, чего достигли, какие есть интересные проекты, какие проблемы и так далее.


Предисловие

Перед тем, как мы начнем разбираться в конкретных примерах практического применения человек-машинных решений, нам необходимо хорошо ознакомиться с одним из главных направлений кибермедицины — нейро-компьютерными интерфейсами (интерфейсами мозг-компьютер) и сделать короткий экскурс в понятие «Кибермедицина».

Нейро-компьютерный интерфейс

Действительно, если с биоинженерией и роботизированной медициной все более-менее понятно, то с НКИ возникают некоторые трудности ввиду их широкого спектра применения. В английской литературе «Brain-Computer Interface» (BCI) [2] — система, которая позволяет нервной системе взаимодействовать с компьютером. Серьезно заниматься этим начали с 90-х годов [3] прошлого века. Родоначальниками можно считать и Ричарда Катона [4] — английского доктора, который в 1875 году обнаружил электрическую активность на поверхности мозга животных, и Ханса Бергера [5] — немецкого физиолога, который в 1929 году опубликовал первую работу, посвященную ЭЭГ, и Уайлдера Пенфилда [6] — американского нейрохирурга, который в 1940-х картировал функциональные зоны открытого мозга, и Хосе Мануэль Родригеса Дельгадо [7] — профессора физиологии Йельского университета, который еще в 1963 году начал проводить эксперименты над быками: вживлял «стимосиверы» в их мозг и управлял ими дистанционно через радиосигналы.

Дельгадо, управляющий быком, и его стимосивер.

Чтобы узнать, что из себя представляют НКИ и как они работают, я советую посмотреть лекции Стива Хоффмана [8] и нашего соотечественника, который сейчас работает в Университете Западной Вирджинии соискателем ученой степени в области нейронаук в нейроинженерной лаборатории — Антона Собинова [9]. Если тезисно, то вот так.

НКИ сейчас взаимодействуют как с культей (миоэлектрические, целевая реиннервация — targeted muscle reinnervation) или со спинным мозгом (корешки либо тела интернейронов), так и с корой головного мозга (напрямую или опосредованно). Работают как однонаправленно (нервная система (НС) — периферия, периферия — НС), так и двунаправленно (туда и обратно). Таким образом, бывают НКИ эфферентные, афферентные и смешанные. НКИ могут применяться для протезирования движений (при параличах), восстановления функций мозга (протезирование памяти), специализированной (слух, зрение) и общей сенсорики (чувство прикосновения и т. д.).

Рисунок 1. Схема работы НКИ со считыванием электрической активности головного мозга [2].

Электрическую активность мозга регистрируют либо напрямую (инвазивно), либо опосредованно (неинвазивно). Чем ближе к мозгу, тем выше пространственное и временное разрешение электрической активности. К методам прямой регистрации относятся электрокортикография (ЭКоГ) — установка электродов на поверхность коры ГМ, — и паренхиматозная регистрация — погружение электрода в кору, вплоть до так называемого «single neuron recording» [10] метода. Неинвазивные методы: ЭЭГ (электроэнцефалография), МЭГ (магнитная энцефалография), фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография), фИКС (функциональная инфракрасная спектроскопия) и другие. Справедливо эти подходы делить еще на электрофизиологические (ЭЭГ, ЭМГ, ЭКоГ, МЭГ, паренхиматозные), или прямые и гемодинамические/метаболические (фМРТ, фИКС, ПЭТ), или непрямые. Чаще все из всего этого арсенала используются методы ЭЭГ и ЭКоГ.

Рисунок 2. Временная шкала, которая показывает, как ученые дошли до однонейронной регистрации потенциалов коры и подкорковых структур [10].

НКИ используют [11] как коннекторы (общение при помощи экрана), контроллеры (управление бытовой техникой, инвалидным креслом и т. д.), протезы (моторные, кохлеарные, ретинальные, гиппокампальные и т. д.) и экзоскелеты.

С 2000-х НКИ начали заниматься многие научные коллективы, и уже в 2004 году первый имплант BrainGate [12] был вживлен парализованному пациенту Мэттью Нейглу — он мог двигать курсор по экрану, управлять бытовой электроникой, а потом начал и двигать роботизированной рукой. В 2007 году он умер от инфекционного осложнения. С того времени многое поменялось, и НКИ были значительно улучшены.

Кибермедицина

Да. В данный момент, как мне показалось, нет общепринятого понятия, которое бы одинаково хорошо описало все возможности симбиоза медицины и высоких технологий. Понятия «нейро-компьютерный интерфейс» [2] (интерфейс «мозг-компьютер») или «техно-медицина» не совсем подходят, потому что под НКИ понимается только система связи между нервной системой и машиной, а, например, протезирование остается за скобками. А определение «техно-медицина» акцентирует внимание на технических аспектах, упуская софтверную и биоинженерную составляющие.

Термин «кибермедицина», как мне кажется, лучше и полнее описывает весь спектр медицинских возможностей по улучшению качества жизни человека с использованием высоких технологий путем прямого или непрямого взаимодействия с организмом. К тому же называть все это кибермедициной — дань уважения советским врачам, которые работали в этом направлении не покладая рук. Ярким представителем этой плеяды врачей является [13] Николай Михайлович Амосов, который, имея бэкграунд инженера, разработал первый на Украине аппарат искусственного кровообращения почти из подручных средств, сделал из нейлоновой рубашки трехстворчатый клапан сердца и более 30 лет возглавлял отдел биокибернетики в Институте кибернетики АН УССР.

Николай Михайлович Амосов (второй слева) с сотрудниками в лаборатории операционной института ноябрь 1966 г.

По-видимому, за использование именно этого понятия для описания биотехнологической медицины выступает и Александр Фролов — профессор, заведующий лабораторией Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, доктор биологических наук, который, выступая в рамках научного лектория «2045», сказал [14]:

«Кибермедицина — это внедрение в тело человека различных устройств, которые помогают исправить физические недостатки, бороться с тяжелыми болезнями и их последствиями, словом — максимально продлить нормальную, полноценную жизнь.»

Поэтому предлагаю раз и навсегда условиться, что «кибермедицина» — это про диагностику, лечение и реабилитацию пациента с использованием кибернетических (человек-машинных) решений.

Ниже начнем разбираться в конкретных примерах. Нужно понимать, что я не ставил целью собрать в статье все проекты по теме. Будут упомянуты лишь самые известные из них.

Диагностика

Диагностика в кибермедицине в основном складывается из аналитических систем — технологий на основе искусственного интеллекта (ИИ): искусственных нейронных сетей, систем машинного обучения, работающих с Big Data (большим количеством данных); биосенсоров и роботов.

Аналитические системы

Тут в первую очередь нужно упомянуть суперкомпьютер от IBM — «Watson» [15], внутри которого находится [16] весь контент PubMed и Medline. А это более 2 млн страниц с 600 000 медицинских данных, 25 000 кейсами и 14 700 часами клинической подготовки. Watson умеет читать снимки [17], диагностировать сердечные заболевания [18], быстро составлять план лечения [19] онкологических заболеваний — 10 минут против 160 человеко-часов и многое другое. Watson сейчас трудится в больницах Японии [20] и Китая [21], активно помогая врачам в постановке правильного диагноза.

Такие большие компании, как Google и Apple, тоже не стоят в стороне. Например, в начале своей недавней презентации [22] глава компании Google рассказал об успехах одного из своих многочисленных биомедицинских подразделений — Google DeepMind Health [23], которое занимается ранней диагностикой слепоты из-за поражения сетчатки при сахарном диабете. Они договорились со многими клиниками и на протяжении долгого времени анализировали большое количество снимков глазного дна. Результат — небольшой девайс для быстрой диагностики диабетической ретинопатии.

Прибор для экспресс-диагностики ретинопатии от Google (взято из презентации на «I/O18»)

Если Google больше по ретинопатиям, то Apple вплотную занялась [24] проблемой аритмий. Используя Apple Watch и специальное приложение Apple Heart Study, разработанное вместе с Медицинской школой Стэнфордского университета, Apple мониторит и эффективно выявляет нарушения сердечного ритма, тем самым помогая как в диагностике, так и в профилактике болезней сердца.

Диагностических систем на основе ИИ очень много, поэтому дальше я быстро перечислю несколько интересных, на мой взгляд, проектов. Например, NeuroLex.co [25] занимаются диагностикой психических расстройств по изменениям в устной речи. А при помощи суперкомпьютера Texas Advanced Computing Center распознают [26] разные виды глиом головного мозга. Белорусский стартап Healthy Networks занимается [27] диагностированием респираторных заболеваний через опросник в приложении и на основе данных о шумах в легких, полученных через электронный стетоскоп. В МИТ разработали устройство WiGait [28], которое ставит диагноз по походке (болезнь Паркинсона, Альцгеймера).

Все идет к тому, чтобы в будущем информация была структурирована, полна, понятна и доступна. Поэтому есть много компаний и стартапов, которые хотят делать крутые устройства, сервисы и приложения, помогающие людям собирать и структурировать данные о своем здоровье. В Великобритании хотят раздать [29] людям трекеры для профилактики и своевременной диагностики сахарного диабета. Российский кардиологический проект CardioQvark [30] создает чехлы для айфонов, которые позволяют быстро снять ЭКГ и оценить состояние сердечно-сосудистой системы. Ребята из Университета Вашингтона пошли дальше и создали [31] целую лабораторию на базе смартфона: портативная диагностическая система с восьмиканальным спектрометром, который умеет находить интерлейкин-6, маркеры рака простаты, печени, легких, груди и кожи. В Канаде в Университете Макгилл оценку сотрясения мозга уже доверяют [32] ИИ. А в Китае ИИ почти во всех больницах — будет помогать [33] ставить правильные диагнозы.

Они становятся все лучше, мельче, незаметнее. Сейчас в тренде цифровые тату [34], контактные линзы-сенсоры (за которые взялись даже в Google [35]), одежда [36] для трекинга здоровья. Но есть и более классические подходы: диагностика, например, ОРВИ по выдыхаемому [37] воздуху или проглатываемый [38] сенсор кишечных газов для диагностики заболеваний ЖКТ. В Кардиффском Университете использовали авиационные технологии для своевременной диагностики артроза. Они создали специальный пластырь [39], который фиксирует характерную и не улавливаемую ухом крепитацию. Лондонский Имперский Колледж и компания DNA Electronics разработали [40] метод для экспресс-диагностики ВИЧ-инфекции: основанное на технологии петлевой изотермической амплификации нуклеиновых кислот устройство подключается к стандартному USB-разъему. Ну и, собственно, квантовая физика и нанотехнологии в диагностике рака: международная команда под руководством профессора Квинслендского университета может обнаружить [41] онкомаркеры размером до 3,5 нм.

Роботы

Как на счет мягкого роботизированного зонда [42] для колоноскопии? Такой зонд может сделать процедуру колоноскопии менее неприятной. А вот нанороботы [43], разработанные в Институте интеллектуальных систем Макса Планка (Германия), могут использоваться как для диагностики, так и для таргетной доставки лекарств или разрушения тромбов. Перемещаются они при помощи ультразвука. Ну и «Киберплазма» [44] — робот длиной в 1 см, который может путешествовать по кровеносному руслу и анализировать состояние тех или иных органов, так сказать, в непосредственной близости к ним.

Что интересного почитать по теме?

Лечение

Кибермедицина хорошо себя показывает именно в лечении и реабилитации. Много интересных проектов и разработок. Начиная от приложений и сервисов и заканчивая протезированием.

Приложения и сервисы

Можно начать с простых напоминалок о приеме таблетки, например, таких, как Medisafe [45]. А вот виртуальная игра для лечения [46] амблиопии у детей, и «аватарная» [47] терапия шизофрении от Лондонского Королевского Колледжа. Насчет сервисов приведу в пример только Deep Genomics, которые с помощью ИИ будут разрабатывать [48] таргетные лекарства: сперва идентифицируют мутантный ген, после чего разработают лекарство, которое специфически будет на него воздействовать. Вообще, приложений и сервисов для лечения самых разнообразных заболеваний полным-полно, всех не перечислишь.

Стимуляция, имплантация и доставка

В нейрохирургии уже давно делают [49] операции с глубокой стимуляцией структур головного мозга для избавления от симптомов паркинсонизма. Но сейчас имплантациями и стимуляциями можно достигнуть успехов не только в этом направлении. DARPA тестирует [50] глубокую стимуляцию для лечения депрессии и ПТСР у ветеранов. В психоневрологическом институте им. В. М. Бехтерева практикуют [51] вагусную стимуляцию для лечения эпилепсии и депрессии. Ну а про электростимуляции спинного мозга, корешков спинномозговых нервов для блокирования [52] болевых импульсов и сакральную нейростимуляцию [53] для лечения недержания мочи и кала, я надеюсь, вы слышали.

Интересный имплантат разработали [54] в Вустерском политехническом институте: микрофлюидная пластинка имеет микроуглубления, в которых находятся антитела к опухолевым клеткам — пластинка собирает циркулирующие опухолевые клетки. А в Массачусетском Технологическом Институте используют [55] ультратонкие иглы для таргетной доставки лекарства в мозг пациентов с болезнью Альцгеймера. Они же вместе с учеными из Гарварда и Небраски-Линкольна разработали повязку [56], которая умеет высвобождать нужное количество лекарства в нужное время. И стоит ли вам напоминать, что подкожные импланты для непрерывного мониторинга [57] уровня глюкозы в крови и контрацепцивные [58] импланты уже давно используются в практике.

Рисунок 3. Устройство подкожных имплантов для непрерывного мониторинга уровня глюкозы в крови (на примере Glyde http://www.glusensemedical.com/vision [59].

Биоинженерия

Тут можно начать с биопринтеров. Компания Organovo, например, печатает [60] ткани печени. Microsoft занимается [61] перепрограммированием раковых клеток. В Университете Райса восстанавливают поврежденный спинной мозг при помощи нового материала Texas-PEG [62] на основе графена. Еще для восстановления повреждений спинного мозга в Оксфордском и Абердинском Университетах думают использовать нити шелкопряда [63].

Медики еще умеют выращивать органы и ткани, если вы не знали. Вот в Германии из кусочка хряща перегородки носа вырастили хрящ коленного сустава и успешно его пересадили [64]. А в Израиле имеется стартап с многообещающей технологией [65] выращивания костной ткани из адипоцитов пациента. Если вам мало биоинженерии, то давайте про бионику: синтетические клетки, которые ведут [66] себя, как живые.

Роботы

Про роботов Da Vinci вы и так слышали, но слышали ли вы про робота, который проводит микрохирургическую операцию на самых тонких сосудах глаза? Такой есть [67] в Университетской больнице в Левене. А про робота STAR (Smart Tissue Autonomous Robot) слышали? Говорят, что он удаляет опухоли лучше [68], чем хирурги. Микрохирургический робот есть и в Британии — зовут Versius [69]. Есть и роботы-дантисты [70], которые имплантируют 3D-печатные зубы. И роботы-нейрохирурги: RoBoSculpt [71] умеет очень точно производить трепанацию. Роботы ассистируют [72] при удалении опухолевых тромбов.

Нанороботы [73] хороши для таргетного уничтожения раковых клеток. А «внутренностные» роботы хороши тогда, когда нет возможности доступа снаружи: итальянский робот ARES [74] (Assembling Reconfigurable Endoluminal Surgical System) собирается, как трансформер, уже внутри человека — нужно проглатывать по частям. После операции робот выходит через кишечник.

Протезирование

Нейропротезирование

Протезирование слуха. Самые простые, часто и давно (аж с 70-х годов) используемые нейропротезы — кохлеарные [75]. Имплантируются электроды в слуховые нервные окончания. Чуть более сложные в исполнении — слуховые стволомозговые импланты [76]. Принцип их работы показан на рис. 4 и 5.

Рисунок 4. Устройство кохлеарных имплантов [77]: (1). Микрофон. (2). Речевой процессор, преобразующий звуки в цифровые сигналы. (3). Сигналы отправляются на передатчик, который передает их имплантату, где они преобразуются в электрические импульсы. (4). Импульсы отправляются на электроды, которые стимулируют нервные клетки в улитке, которые, в свою очередь, посылают импульсы на слуховой нерв и мозг.


Рисунок 5. Устройство слуховых стволомозговых имплантатов [78].

Протезирование зрения сейчас трендовая тема. Настолько интересная, что РосМинЗдрав задумалось [79] о добавлении бионического глаза в ОМС. Протезировать зрение умеют пока двумя способами: имплантацией в зрительную кору ГМ и имплантацией в сетчатку (ретинальная имплантация). Из тех, что имплантируются в зрительную кору, можно выделить продукты компаний Dobelle Eye [80] и Intracortical visual prosthesis project [81] в Чикаго. Один из пациентов с таким имплантатом даже самостоятельно прокатился [82] на машине. Принцип действия устройства можно увидеть на рис. 6.

Рисунок 6. Устройство кортикального имплантата при протезировании зрения [83].

Операций по установке ретинального протеза выполняют больше, чем интракортикальных. Из ретинальных имплантатов в первую очередь нужно выделить линейку Argus [84] от Second Sight. Argus II установили даже в России [85]. Устройство состоит из камеры, преобразователя и самого ретинального имплантата с антеннами, которые принимают беспроводной сигнал. Для того, чтобы такие протезы работали, нужно, конечно, чтобы зрительный нерв был цел.

Вид внешнего блока Argus II

Похожим образом работают разработки других компаний, но есть некоторые различия, продиктованные желанием улучшить технологию. Так, например, есть наработки по использованию мягких биоматериалов, как те, которые разработала [86] студентка из Оксфордского Университета. Есть и те, которые стимулируют [87] непосредственно зрительный нерв в задней части глазницы. И про почти-бионические протезы — имплантируемые миниатюрные телескопы [88], — тоже нельзя забывать. Они работают по принципу лупы, похожий принцип у интраокулярных линз Шариота [89]. Некоторую степень светоощущения дают Alpha IMS [90], которые имеют 1500 электродов на 3 мм2 и толщину в 70 микрон.

Сейчас активно идут разработки ретинальных протезов, которые бы состояли из биоматериалов, не перегревались и имели небольшие размеры. Все это делается, чтобы не возникли ПВР (пролиферативная витреоретинопатия) и отслойка сетчатки.

Протезирование памяти. Этим впервые серьезно начал заниматься Теодор Бергер [91]. Гиппокамп — это структура в головном мозге, которая отвечает за память, а именно перевод кратковременной памяти в долговременную, по некоторым гипотезам [92]. Теодор Бергер в 2010 году начал проводить эксперименты на крысах, которым он имплантировал [93] электроды в области гиппокампа CA3 и CA1. Если вкратце, то Бергер сначала учил крыс с установленным имплантатом делать одно и то же движение, записывая при этом сигналы нейронов, потом приостанавливал работу имплантата, химическим путем «выключал» нейроны областей CA3 и CA1, смотрел за тем, чтобы крысы забыли, как делать заученное движение, включал имплантат с электродами, которые генерировали импульсы точно так же, как и поврежденные нейроны, и вуаля — память возвращалась.

Рисунок 7. Замена естественного сигнала гиппокампа искусственным [93].

Уже в 2017 году начались эксперименты на людях, которые показали 15 % улучшение кратковременной памяти. Свежее исследование, которое было проведено [94] в марте этого года, показало уже 37 % улучшение.

Протезирование моторики. Не знаю, справедливо ли про это рассказывать в блоке «лечение», но про некоторые методики все же захотелось рассказать, так как это не совсем про реабилитацию. Вот, например, случай [95] Билла Кочевара с тетраплегией. Ему инвазивным методом установили НКИ, который позволяет управлять роборукой. И метод [96], который позволяет обходить поврежденный участок спинного мозга, восстанавливая моторику (проверили на обезьянах).

Протезирование других органов

Сейчас есть возможность протезировать и органы. Если подумать, своего рода протезированием почки является и гемодиализ. А сердца — аппарат искусственного кровообращения. Они уже давно применяются в медицинской практике (у гемодиализа есть даже домашние [97] версии). Но мы ведь не любим такое, нам подавай киборгизацию. Поэтому вот калифорнийский биоинженерный проект «The Kidney Project» [98], который относительно недавно разработал компактный [99] имплантируемый диализный аппарат. Бионическая (в полном смысле этого слова) почка от тех же калифорнийцев работает [100] 2 года без перерыва, потом ее нужно менять.

Про бионические пенисы [102] и протезирование костей вы слышали, надеюсь. А вот слышали ли вы про искусственный голос — не знаю. Речь про имплант «Voicebox» [103], который поможет пациентам с удаленными голосовыми связками. Ну и напоследок почитайте про попытки по созданию искусственных капилляров [104].

Еще существуют наработки по искусственным печени [105] и легким [106]. Но они пока что служат не так долго — 4 дня и 6 месяцев соответственно.

Реабилитация

Тут можно выделить и экзоскелеты для постинсультных больных, такие, как NEUROExos [107], и умные [108] инвалидные кресла, которые сами могут объезжать препятствия, и проекты, нацеленные на восстановление речи (Neural Input-Output Bus [109] от DARPA), и те, что помогают полностью обездвиженным пациентам коммуницировать [110, 111], и разного рода очки, которые умеют читать текст [112], помогают общаться аутистам (от Google [113]). Но самое интересное творится в сфере реабилитации людей с параличами и ампутациями. Выделю только самые главные из них.

Понятное дело, что почти все они основаны на НКИ, просто отличаются уровнем установки. Мне понравился комбинированный подход бразильских исследователей, которые вместе с коллегами из США, Швейцарии и Германии смогли частично восстановить [114] пациенту спинной мозг: использовались нейроинтерфейс, виртуальная реальность и экзоскелет. Однако у такого подхода есть свои недостатки: реабилитологу сложно [115] подстроить стандартную игру в очках виртуальной реальности под двигательные возможности, вследствие чего пациентам тоже сложно справляться с заданием — они быстро теряют интерес и отказываются продолжать терапию.

Относительно недавно похожим проектом занялась российская компания «Attilan» [116], которая базируется в Эстонии. Они учли этот вышеуказанный недостаток и занялись подключением девайса у клиник, разработали понятную для медиков платформу, где они быстро могут настроить сценарий игры индивидуально под каждого пациента.

По ногам «Cyberlegs» [117] и Хью Герр [118]. По рукам BeBionic [119], Touch Bionics [120], Limbitless Solutions [121] (недорогие — его еще Роберт Дауни Младший подарил семилетнему мальчику), Ottobock [122] со своим Michelangelo, и наш «Моторика» [123]. Есть и те, что без НКИ — бионический протез «всевидящее око» [124] один из таких: есть установленная камера и ИИ, который видит предметы и решает, нужно ли их хватать. Сейчас все идет к тому, что популярными становятся недорогие [125] 3D-печатные протезы.

Для восстановления сенсорной функции разрабатываются протезы с афферентной передачей. Например, программа DARPA Revolutionizing Prosthetics [126] нацелена на это. Ну и EPFL Center for Neuroprosthetics and SSSA (Италия), что разработала протез, через который впервые в мире была протезировано [127] осязание.

Как с кибермедициной в России?

Хотелось бы, чтобы было лучше. Мало компаний занимается теми же НКИ. Но они есть. Например, есть в России союз разработчиков НКИ «Кибератлетика» [128]. Есть уже упомянутая выше «Моторика» [123] с протезами и «Attilan» [116] для реабилитации. И «iBrain LLC» [129] для постинсультной реабилитации. В ИНЭУМ им. Брука занимаются [130] нейроинтерфейсом. Компания Neurobotics [131] тоже. В МГУ им. Ломоносова имеется [132] лаборатория нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов. В феврале этого года они проверили свою разработку «Нейрочат» [133] — первый в мире трансконтинентальный сеанс связи между двумя пациентами с нарушением речи и моторики. Физический факультет МГУ и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН с 2009 года занимаются проектом «NeuroG» [134] — однонаправленный НКИ. И лаборатория под руководством Михаила Лебедева и Алексея Осадчего в ВШЭ, которая получила мегагрант [135] — будут заниматься двунаправленной НКИ.

Какие у кибермедицины проблемы?

Ну, во-первых, это ее цена. Кибермедицина дорогая, и не каждая страна может себе ее позволить. Да, протезы дешевеют, но вот тот же ретинальный протез Argus II обходится здравоохранению порядком 150 тыс. долларов. Во-вторых, никто не отменял хакерских атак, с безопасностью дела обстоят хорошо не у всех. В будущем слово «биохакинг» может приобрести совсем иной смысл. В-третьих, ИИ и нейросети это хорошо, но вот что, если опасения Илона Маска сбудутся и ИИ будет управлять миром? Тогда под его контролем будет не только цифровая среда, но и люди, роботы и медицинский софт, связанные с ней.

Вместо итогов

В будущем человек, называющий себя кибер-врачом, одинаково хорошо должен будет разбираться и в медицине, и в программировании, и в инженерии с бионикой. В зависимости от специализации скиллы нужно будет расширять. Например, если кибер-врач работает в сфере нейропротезирования, он должен будет знать не только нейроанатомию с клинической неврологией, но и глубоко изучить нейрофизиологию, нейробиологию и нейроинженерию. Ну а в данный момент пионерам этого направления нужно уметь работать в команде, потому что пока что это работа с междисциплинарным подходом.

Напоследок приведу ссылку на сайт международной ежегодной премии BCI-Research [136] — одной из главных наград в области исследования нейроинтерфейсов. Удачи, юные кибер-врачи!

Источники

  1. Eysenbach, G. (1999). Towards the millennium of cybermedicine. Journal of medical Internet research, 1(Suppl 1).
  2. Bonaci, T., Herron, J., Matlack, C., & Chizeck, H. J. (2014, June). Securing the exocortex: A twenty-first century cybernetics challenge. In Norbert Wiener in the 21st Century (21CW), 2014 IEEE Conference on (pp. 1-8). IEEE.
  3. Wolpaw, J. R., McFarland, D. J., Neat, G. W., & Forneris, C. A. (1991). An EEG-based brain-computer interface for cursor control. Electroencephalography and clinical neurophysiology, 78(3), 252-259.
  4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Катон,_Ричард
  5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Бергер,_Ханс
  6. https://ru.wikipedia.org/wiki/Пенфилд,_Уайлдер_Грейвс
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/José_Manuel_Rodriguez_Delgado
  8. https://www.youtube.com/watch?v=CgFzmE2fGXA
  9. https://www.youtube.com/watch?v=S2PoaZcSV7k
  10. Cash, S. S., & Hochberg, L. R. (2015). The emergence of single neurons in clinical neurology. Neuron, 86(1), 79-91.
  11. Kübler, A., & Birbaumer, N. (2008). Brain–computer interfaces and communication in paralysis: extinction of goal directed thinking in completely paralysed patients?. Clinical neurophysiology, 119(11), 2658-2666.
  12. https://www.braingate.org
  13. http://ru.uacomputing.com/stories/nikolay-amosovs-bio-cybernetics/
  14. https://www.kp.by/daily/26269/3147684/
  15. https://www.ibm.com/watson/health/
  16. https://www.worldhealth.net/news/ibm-watson-supercomputer-best-doctor-world/
  17. http://www.businessinsider.com/ibm-watson-health-is-working-with-companies-and-hospitals-to-bring-cognitive-imaging-to-the-masses-2016-6
  18. https://www.engadget.com/2017/02/22/watson-clinical-imaging-review/
  19. https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/diagnostics/ibm-watson-makes-treatment-plan-for-brain-cancer-patient-in-10-minutes-doctors-take-160-hours
  20. https://siliconangle.com/blog/2016/08/05/watson-correctly-diagnoses-woman-after-doctors-were-stumped/
  21. https://goo.gl/xXDM74
  22. https://www.youtube.com/watch?v=ogfYd705cRs&t=37s
  23. https://deepmind.com/applied/deepmind-health/
  24. https://www.apple.com/newsroom/2017/11/apple-heart-study-launches-to-identify-irregular-heart-rhythms/
  25. http://www.neurolex.co/
  26. Hormuth, D. A., Weis, J. A., Barnes, S. L., Miga, M. I., Rericha, E. C., Quaranta, V., & Yankeelov, T. E. (2017). A mechanically coupled reaction–diffusion model that incorporates intra-tumoural heterogeneity to predict in vivo glioma growth. Journal of The Royal Society Interface, 14(128), 20161010.
  27. https://mhealthrussian.wordpress.com/2017/10/06/healthy-networks/
  28. https://www.sciencedaily.com/releases/2017/05/170501112531.htm
  29. https://www.diabetes.co.uk/news/2017/nov/nhs-backed-study-to-test-fitbit-like-health-trackers-for-diabetes-prevention-96129144.html
  30. https://www.iphones.ru/iNotes/577205
  31. http://www.thehindu.com/sci-tech/science/Here-comes-a-smartphone-laboratory-that-can-detect-cancer/article16075709.ece
  32. https://www.futurity.org/concussions-athletes-ai-1483492/
  33. http://www.chinadaily.com.cn/china/2017-10/11/content_33101840.htm
  34. Kim, J., Salvatore, G. A., Araki, H., Chiarelli, A. M., Xie, Z., Banks, A., ... & Heo, S. Y. (2016). Battery-free, stretchable optoelectronic systems for wireless optical characterization of the skin. Science advances, 2(8), e1600418.
  35. https://googleblog.blogspot.ru/2014/01/introducing-our-smart-contact-lens.html
  36. https://goo.gl/9aXSmh
  37. Gouma, P. I., Wang, L., Simon, S. R., & Stanacevic, M. (2017). Novel Isoprene Sensor for a Flu Virus Breath Monitor. Sensors, 17(1), 199.
  38. Kalantar-Zadeh, K., Berean, K. J., Ha, N., Chrimes, A. F., Xu, K., Grando, D., ... & Taylor, K. M. (2018). A human pilot trial of ingestible electronic capsules capable of sensing different gases in the gut. Nature Electronics, 1(1), 79.
  39. http://www.bbc.com/news/av/uk-wales-38660739/cardiff-uni-using-jet-sensors-in-osteoarthritis-patch
  40. Gurrala, R., Lang, Z., Shepherd, L., Davidson, D., Harrison, E., McClure, M., ... & Cooke, G. S. (2016). Novel pH sensing semiconductor for point-of-care detection of HIV-1 viremia. Scientific reports, 6, 36000.
  41. https://phys.org/news/2017-06-physicists-quantum-life-nanoscale-machinery.html
  42. https://spectrum.ieee.org/the-human-os/robotics/medical-robots/a-colonoscopy-robot-and-other-weird-biomedical-tech-from-the-ieees-biggest-robotics-conference
  43. https://www.youtube.com/watch?v=_dWkpfuSf44
  44. https://www.wired.com/2012/04/cyberplasm-the-synthetic-biology-microscale-biohybrid-robot/
  45. https://medisafe.com
  46. Kelly, K. R., Jost, R. M., Dao, L., Beauchamp, C. L., Leffler, J. N., & Birch, E. E. (2016). Binocular iPad game vs patching for treatment of amblyopia in children: a randomized clinical trial. JAMA ophthalmology, 134(12), 1402-1408.
  47. Craig, T. K., Rus-Calafell, M., Ward, T., Leff, J. P., Huckvale, M., Howarth, E., ... & Garety, P. A. (2018). AVATAR therapy for auditory verbal hallucinations in people with psychosis: a single-blind, randomised controlled trial. The Lancet Psychiatry, 5(1), 31-40.
  48. https://www.technologyreview.com/s/604305/an-ai-driven-genomics-company-is-turning-to-drugs/
  49. Hickey, P., & Stacy, M. (2016). Deep brain stimulation: a paradigm shifting approach to treat Parkinson's disease. Frontiers in neuroscience, 10, 173.
  50. https://www.nature.com/news/ai-controlled-brain-implants-for-mood-disorders-tested-in-people-1.23031
  51. http://www.bekhterev.ru/clinika/neyrokhirurgiya/neyromodulyatsiya/bluzhdayushchiy-nerv.php?PAGEN_1=3
  52. Slavin, K. V. (2014). Spinal stimulation for pain: future applications. Neurotherapeutics, 11(3), 535-542.
  53. Carrington, E. V., Evers, J., Grossi, U., Dinning, P. G., Scott, S. M., O'connell, P. R., ... & Knowles, C. H. (2014). A systematic review of sacral nerve stimulation mechanisms in the treatment of fecal incontinence and constipation. Neurogastroenterology & Motility, 26(9), 1222-1237.
  54. https://www.medgadget.com/2017/01/simple-new-device-capturing-circulating-tumor-cells-needs-no-microfluidics.html
  55. http://news.mit.edu/2018/ultrathin-needle-can-deliver-drugs-directly-brain-0124
  56. https://www.youtube.com/watch?v=3d6uFlRuPZY
  57. Rodbard, D. (2017). Continuous glucose monitoring: a review of recent studies demonstrating improved glycemic outcomes. Diabetes technology & therapeutics, 19(S3), S-25.
  58. https://www.acog.org/Clinical-Guidance-and-Publications/Practice-Bulletins/Committee-on-Practice-Bulletins-Gynecology/Long-Acting-Reversible-Contraception-Implants-and-Intrauterine-Devices
  59. http://www.glusensemedical.com/vision
  60. http://phx.corporate-ir.net/phoenix.zhtml?c=254194&p=irol-newsArticle&ID=2209393
  61. http://www.telegraph.co.uk/science/2016/09/20/microsoft-will-solve-cancer-within-10-years-by-reprogramming-dis/
  62. Kim, C. Y., Sikkema, W. K., Hwang, I. K., Oh, H., Kim, U. J., Lee, B. H., & Tour, J. M. (2016). Spinal cord fusion with PEG-GNRs (TexasPEG): neurophysiological recovery in 24 hours in rats. Surgical neurology international, 7(Suppl 24), S632.
  63. https://www.technology.org/2017/10/27/silk-could-be-used-to-repair-damaged-spinal-cords/
  64. https://www.aerzteblatt.de/nachrichten/71031/Knorpelzellen-aus-der-Nase-decken-Schaeden-im-Kniegelenk
  65. https://www.jpost.com/Business-and-Innovation/Tech/Israeli-biotech-firm-successfully-reverses-human-bone-loss-in-early-trial-474686
  66. Lentini, R., Martín, N. Y., Forlin, M., Belmonte, L., Fontana, J., Cornella, M., ... & Mansy, S. S. (2017). Two-way chemical communication between artificial and natural cells. ACS central science, 3(2), 117-123.
  67. https://www.medicalnewstoday.com/releases/315507.php
  68. https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/in-fleshcutting-task-autonomous-robot-surgeon-beats-human-surgeons
  69. https://cmrsurgical.com
  70. https://nplus1.ru/news/2017/09/22/robo-dentist
  71. https://the-robot.ru/prototype/robosculpt-pomoshhnik-nejrohirurga/
  72. https://medicalxpress.com/news/2017-04-doctors-world-robotic-surgery-kidney.html
  73. https://phys.org/news/2018-02-cancer-fighting-nanorobots-tumors.html
  74. https://nagy.caee.utexas.edu/research/past-research/assembling-reconfigurable-endoluminal-surgical-ares-system/
  75. Wilson, B. S., & Dorman, M. F. (2008). Cochlear implants: current designs and future possibilities. Journal of rehabilitation research and development, 45(5), 695.
  76. https://www.researchgate.net/publication/271260904_Auditory_Brainstem_Implants
  77. Davi-Ellen Chabner The Language Of Medicine . 10th Edition изд. St. Louis, Missouri: Elsevier, 2014. 1041 с - 725 с.
  78. Илл. Cochlear Americas.
  79. https://medvestnik.ru/content/news/Operacii-po-ustanovke-retinalnogo-implanta-vkluchat-v-programmu-besplatnoi-VMP.html
  80. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/606938.stm
  81. https://chicagolighthouse.org/icvp/
  82. http://web.archive.org/web/20040623030808/http://artificialvision.com:80/video/driving_long.wmv
  83. https://tpepichonbourdette2016.wordpress.com/implant-cortical/
  84. http://www.secondsight.com/g-the-argus-ii-prosthesis-system-pf-en.html
  85. https://hi-news.ru/technology/rossijskie-uchyonye-vpervye-vzhivili-bionicheskij-glaz-pacientu.html
  86. Schild, V. R., Booth, M. J., Box, S. J., Olof, S. N., Mahendran, K. R., & Bayley, H. (2017). Light-Patterned Current Generation in a Droplet Bilayer Array. Scientific Reports, 7, 46585.
  87. Delbeke, J., Wanet‐Defalque, M. C., Gérard, B., Troosters, M., Michaux, G., & Veraart, C. (2002). The microsystems based visual prosthesis for optic nerve stimulation. Artificial organs, 26(3), 232-234.
  88. Primo, S. A. (2010). Implantable miniature telescope: lessons learned. Optometry-Journal of the American Optometric Association, 81(2), 86-93.
  89. http://www.eyepress.ru/item.aspx?205
  90. Stingl, K., Bartz-Schmidt, K. U., Besch, D., Chee, C. K., Cottriall, C. L., Gekeler, F., ... & Kusnyerik, A. (2015). Subretinal visual implant alpha IMS–clinical trial interim report. Vision research, 111, 149-160.
  91. http://www.mk.ru/science/2013/06/26/875304-uchenyiy-teodor-berger-sozdaet-implantat-v-mozg-sposobnyiy-vosstanavlivat-pamyat.html
  92. Bird, C. M., & Burgess, N. (2008). The hippocampus and memory: insights from spatial processing. Nature Reviews Neuroscience, 9(3), nrn2335.
  93. Berger, T. W., Hampson, R. E., Song, D., Goonawardena, A., Marmarelis, V. Z., & Deadwyler, S. A. (2011). A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory. Journal of neural engineering, 8(4), 046017.
  94. http://www.kurzweilai.net/darpa-funded-prosthetic-memory-system-successful-in-humans-study-finds
  95. https://www.washingtontimes.com/news/2017/mar/30/electronic-brain-implants-help-quadriplegic-regain/
  96. Capogrosso, M., Milekovic, T., Borton, D., Wagner, F., Moraud, E. M., Mignardot, J. B., ... & Rey, E. (2016). A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates. Nature, 539(7628), 284.
  97. https://www.nephrocare.ru/pacienty/lechenie-v-domashnikh-uslovijakh/domashnii-gemodializ-dg.html
  98. https://pharm.ucsf.edu/kidney
  99. https://www.youtube.com/watch?v=5Qasy3YvvBE&feature=youtu.be
  100. https://www.troab.com/worlds-first-bionic-kidney-set-replace-dialysis-just-two-years/
  101. www.pinimg.com
  102. https://lenta.ru/news/2016/03/21/bionic/
  103. http://www.ee.ic.ac.uk/hp/staff/dmb/voicebox/voicebox.html
  104. https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170710135313.htm
  105. Carpentier, B., Gautier, A., & Legallais, C. (2009). Artificial and bioartificial liver devices: present and future. Gut, 58(12), 1690-1702.
  106. Ota, K. (2010). Advances in artificial lungs. Journal of Artificial Organs, 13(1), 13-16.
  107. Cempini, M., Giovacchini, F., Vitiello, N., Cortese, M., Moisé, M., Posteraro, F., & Carrozza, M. C. (2013, July). NEUROExos: A powered elbow orthosis for post-stroke early neurorehabilitation. In Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013 35th Annual International Conference of the IEEE (pp. 342-345). IEEE.
  108. https://medicalxpress.com/news/2016-10-smart-wheelchair.html
  109. https://habr.com/company/it-grad/blog/332828/
  110. Chaudhary, U., Xia, B., Silvoni, S., Cohen, L. G., & Birbaumer, N. (2017). Brain–computer interface–based communication in the completely locked-in state. PLoS biology, 15(1), e1002593.
  111. https://geektimes.com/post/282602/
  112. https://youtu.be/SVWQ9baBhug
  113. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2017.00031/full
  114. Donati, A. R., Shokur, S., Morya, E., Campos, D. S., Moioli, R. C., Gitti, C. M., ... & Brasil, F. L. (2016). Long-term training with a brain-machine interface-based gait protocol induces partial neurological recovery in paraplegic patients. Scientific reports, 6, 30383.
  115. Устинова, К. И., & Черникова, Л. А. (2008). Виртуальная реальность в нейрореабилитации. Анналы клинической и экспериментальной неврологии, 2(4).
  116. http://attilan.space
  117. http://www.cyberlegs.eu
  118. https://www.ted.com/talks/hugh_herr_the_new_bionics_that_let_us_run_climb_and_dance
  119. http://bebionic.com
  120. https://www.touchbionics.com
  121. http://blogs.microsoft.com/firehose/2015/02/18/the-collective-project-changing-the-world-with-bionic-arms-for-kids/
  122. https://www.ottobock.ru
  123. https://geektimes.ru/post/271580/
  124. https://www.cnet.com/news/this-prosthetic-hand-sees-whats-in-front-of-it/
  125. https://geektimes.com/post/197604/
  126. https://geektimes.com/post/262408/
  127. https://actu.epfl.ch/news/amputee-feels-in-real-time-with-bionic-hand/
  128. http://cybathletics.ru
  129. https://i-brain.tech/ru
  130. http://www.ineum.ru/tekhnologii-upravleniya-elektronnymi-i-mekhatronnymi-tekhnicheskimi-sredstvami-dlya-lyudej-s-organnichennymi-vozmozhnostyami
  131. https://neurobotics.ru
  132. http://brain.bio.msu.ru/research_r.htm
  133. https://ria.ru/technology/20180228/1515469004.html
  134. https://www.ixbt.com/editorial/neurog-052k11.shtml
  135. https://www.hse.ru/cdm-centre/news/212648076.html
  136. http://www.bci-award.com/Home

Автор: Ибрагим Саламов

Редакция: Михаил Гусев, Елена Бреславец

Оформление: Никита Родионов, Cornu Ammonis


Ссылка на оригинал: http://medach.pro/