Анна Шестакова: «Мы разрабатываем технологии поддержки человека и укрепления интеллекта»

© Высшая школа экономики

О достижениях и целях нового стратегического проекта НИУ ВШЭ «Устойчивый мозг: нейрокогнитивные технологии адаптации, обучения, развития и реабилитации человека в изменяющейся среде» новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с и.о. директора Института когнитивных нейронаук, руководителем Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Анной Шестаковой.

Анна Шестакова (справа), вручение премии «Золотая Вышка — 2019»

Высшая школа экономики

— Ваш проект появился немного позднее других стратегических проектов Вышки. Расскажите, пожалуйста, как возникла его идея, кто был его инициатором, как формировалась команда?

— Он запустился весной этого года, этому предшествовала большая работа. Мы, как и все подразделения, участвовали в первом конкурсе стратегических проектов. Учитывая растущий интерес к достижениям наук о мозге и важность разработки новых нейротехнологий, вместе с Центром языка и мозга, факультетом компьютерных наук и факультетом биологии и биотехнологии, а также партнерскими лабораториями в петербургском, нижегородском и пермском кампусах НИУ ВШЭ начали формировать мультидисциплинарный проект с говорящим названием «Устойчивый мозг», или УМ-проект.

Институт когнитивных нейронаук (ИКН) и Центр языка и мозга (ЦЯМ) — уникальные научные подразделения, демонстрирующие выдающиеся результаты мирового уровня как в области исследования нейробиологических основ мозговой деятельности, так и в области диагностики и реабилитации при когнитивных нарушениях и расстройствах. Вместе нам удалось привлечь к УМ-инициативе ряд выдающихся лабораторий и подразделений, заинтересованных в развитии нейрокогнитивных исследований: Лабораторию социальной и когнитивной информатики (руководитель Елена Кольцова), пермский Центр когнитивных нейронаук (Софья Куликова) и Центр языка и мозга нижегородского кампуса НИУ ВШЭ (Мария Худякова), Международную лабораторию интеллектуальных систем и структурного анализа (Василий Громов), факультет биологии и биотехнологии (Александр Тоневицкий).

Интересы партнеров проекта 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.

К примеру, в то время как факультет биологии и биотехнологии внедряет нейрофизиологическую технологию обучения нейронных сетей «Мозг на чипе», ИКН разрабатывает новейшие подходы к реабилитации детей с моторными нарушениями с использованием воплощенного подхода.

Психологи, лингвисты, математики, физики и инженеры, врачи и биологи — вместе мы разрабатываем нейротехнологии с использованием дополненного интеллекта, направленные на улучшение качества жизни человека и расширение когнитивных функций.

— Каковы цели и задачи проекта?

— Их три: фундаментальная, прикладная и образовательная.

Научные открытия о функционировании человеческого мозга, а также разработанные на их основе нейротехнологии будут значимы для многих приоритетных направлений. Разработанные концепции (представления о принципах работы мозга) и инструменты (нейротехнологии, диагностические инструменты, цифровые тренинговые методики и т.п.) могут использоваться для ответа на ключевые вызовы современной действительности: необходимость быстрой адаптации и обучения в меняющейся ситуации, старение населения и рост числа психоневрологических заболеваний. Разработанные биомедицинские инструменты могут внедряться в разные области здравоохранения и повышать его технологичность на принципах персонифицированного подхода. Наконец, полученные вычислительные решения, основанные на работе человеческого мозга, смогут продвинуть исследования в области искусственного и расширенного естественного интеллекта. К примеру, в группе Василия Громова планируется изучение механизмов идентификации искусственных языковых агентов (ботов), что приведет к формированию прикладных и теоретических основ системы выявления и маркирования искусственных языковых агентов.

Высшая школа экономики

Нейротехнологии для коррекции речевых расстройств разрабатываются ЦЯМ под руководством его директора Ольги Драгой. Это новые протоколы речевой терапии, совмещенные с нейростимуляцией и нейромониторингом для эффективной коррекции речевых расстройств после инсульта. Там же разрабатываются компьютеризированные игровые инструменты коррекции трудностей обучения (в частности, чтения) в языковой сфере у детей.

Под руководством Алексея Осадчего совместно с LIFT (новым центром биомедицинских технологий) в ИКН развивается уникальная технология бесконтактной энцефалографии нового поколения с использованием оптической магнитометрии.

Наконец, в рамках проекта разрабатываются технологии нейропрогнозирования рыночного поведения и нейрокогнитивные технологии оптимизации городских пространств.

— Какие еще ключевые элементы проекта, помимо нейротехнологических инноваций, вы могли бы назвать?

— Особое внимание мы уделяем разработке образовательного сквозного трека в области когнитивных нейронаук, который является одним из ключевых элементов УМ-проекта.

Важно отметить наличие в НИУ ВШЭ уникальной научной установки (УНУ), экспериментального комплекта «Автоматизированная система неинвазивной стимуляции мозга с возможностью синхронной регистрации биотоков мозга и отслеживания фиксации глазодвижения» по исследованию мозга человека на базе ИКН, которая, постоянно модернизируясь при поддержке НИУ ВШЭ и правительства РФ, обеспечивает необходимые технологические ресурсы для проведения исследований на передовом крае науки и создания современных нейротехнологий.

— В чем главная особенность, уникальность проекта?

— Фокус на дополненном интеллекте как антитезе искусственному интеллекту: поставить человека на первое место, а технологии — на второе.Это очень важно, поскольку в мире новых технологий следует понимать, как устроен человеческий интеллект, каковы механизмы работы мозга, чтобы создавать новые технологии для совершенствования способностей мозга и человека.

Высшая школа экономики

Уникальные технологические разработки есть у многих партнеров. Например, в Центре биоэлектрических интерфейсов профессора Алексея Осадчего — уникальная технология нейрообратной связи с мгновенной задержкой;разработан двунаправленный сенсомоторный нейроинтерфейс. В консорциуме также накоплен большой опыт применения инструментальных методов нейронауки для изучения мозга человека: транскраниальной стимуляции, магнито- и электроэнцефалографии, магнитно-резонансной томографии. Группой Маттео Феурры (ИКН) изучена эффективность транскраниальной стимуляции переменным и постоянным током, а группой Евгения Благовещенского — трансспинальной стимуляции для модуляции моторных функций.

— Вы конструируете нового суперчеловека?

— Это очень громко сказано. Мы разрабатываем технологии поддержки человека, исследуем технологии укрепления интеллекта. Это интеграция нейроподхода в общую концепцию расширения когнитивных способностей и функций человека.

— Какие научные работы легли в основу предложенных решений?

— Наш консорциум — это прежде всего коллектив выдающихся ученых с мировым именем, способных увлечь молодежь научными и прикладными проблемами на передовом крае науки и нейротехнологий. Только сотрудники ИКН ежегодно публикуют 50 работ в ведущих международных журналах, среди которых NeuroImage, Human Brain Mapping, Stroke, JNeuroisci, PNAS, PLOS Biology и многие другие. В НИУ ВШЭ работают выдающиеся специалисты в области изучения нейрокогнитивных механизмов человеческого познания, каждый из них — уникальный исследователь в своей сфере. К примеру, огромное значение для формирования развития речевых нейротехнологий имеет интеграция в эту работу многолетнего международного опыта изучения фундаментальных основ нейрокогнитивных функций человека, к примеру, соруководителей Группы изучения когнитивного контроля, коммуникации и восприятия Юрия Штырова и Андрея Мячикова (ИКН). В настоящее время под их руководством активно ведется работа по созданию нового поколения нейропротекторов. Например, изучение иностранного языка на протяжении всей жизни, даже в пожилом возрасте, предотвращает деменцию и иные нейродегенеративные изменения в мозге.

— Что из научных достижений вы бы еще отметили?

— Удивительным образом ИКН является трендсеттером в постановке актуальных междисциплинарных задач — к примеру, в области нейробиологии принятия решений в различных контекстах. Под руководством профессора ВШБ,  ведущего научного сотрудника ИКН Василия Ключарева в НИУ ВШЭ появилась и развивается новая сфера исследований — нейроурбанистика. Этот проект соединяет когнитивные науки и благополучие человека, в том числе школьника. Нейроурбанистика определяет, как городская среда влияет на его когнитивные способности, память, внимание и переживания. Также изучается, как возможность посещения парков или нахождение магистралей вблизи дома влияют на наши когнитивные функции. Эта дисциплина направлена на формирование оптимальной среды проживания.

— Какие результаты предполагается получить по итогам реализации проекта и что уже удалось сделать?

— Результаты — технологии разработки программ коррекции речевых расстройств, приложения и игры для детей. Это также инструменты для биомедицины: пассивное предоперационное неинвазивное картирование без стимуляции для операций на мозге, новые технологии нейровизуализации, энцефалография нового поколения, новые протоколы нейростимуляции и многое другое.

УМ-партнеры накопили внушительный опыт реализации прикладных исследований. Например, специалисты Центра биоэлектрических интерфейсов под руководством Алексея Осадчего предложили принципиально новые методы решения «обратной задачи» электро- и магнитоэнцефалографии, разработали технологию пассивного картирования речевой коры и декодирования речи из данных стереоэлектроэнцефалографии.

Высшая школа экономики

Ученые ФКН являются авторами математических методов, которые могут быть приложены к исследованиям естественного и дополненного естественного интеллекта. Группой Сергея Кузнецова предложены новые стратегии для прогнозирования хаотических временных рядов на много шагов вперед, создан внушительный задел по исследованиям в области формального анализа концепций и построения решеток формальных понятий, используются сочетания формальных и классических подходов машинного обучения. Группой Василия Громова разработан обобщенный итерационный метод Канторовича, построена полная бифуркационная картина для уравнений типа Кармана, проанализированы до- и постбифуркационные ветви решений. Группа Дениса Захарова и Бориса Гуткина имеет существенный задел по математическому моделированию макроскопических ритмов мозга, методам исследования процессов синхронизации в спайковых нейронных сетях и нейроморфным моделям обработки речи. Группой Светланы Малютиной из Центра языка и мозга изучены отдельные изменения речевой и иных когнитивных функций у пожилых людей, разработаны чувствительные поведенческие задания для тестирования этих функций.

— Ваши работы касаются деликатных сфер эмоциональной и умственной деятельности человека. Сталкивались ли вы с предубеждениями в отношении деятельности ваших коллег и препятствиями в работе?

— Напротив, нейроисследования мозга, особенно связанные со старением, когнитивным резервом и речевыми технологиями, вызывают живой интерес.

— Как часто удается применять научные подходы при решении прикладных задач?

— Практически всегда, трансфер исследований в технологии — это мировой тренд. Однако важно отметить: это не история, когда любой фундаментальный результат можно приложить к решению конкретных задач, в нашем случае — связанных с реабилитацией и диагностикой различных патологий.

— Возможно ли, по вашему мнению, в ближайшей перспективе широкое применение технологий усиления/укрепления физических возможностей и когнитивных способностей человека?

— Благодаря развитию компьютерных технологий и ИИ разработка и внедрение таких технологий, как нейро- и биообратная связь и интерфейсы «мозг — компьютер», необыкновенно ускорились, они уже используются в медицине и образовании.

Технология нейрообратной связи (НОС) — это технология нейромодуляции, позволяющая человеку управлять активностью собственного мозга. В рамках этого подхода в реальном времени анализируются сигналы активности мозга и рассчитываются параметры, характеризующие мозговую деятельность, информация о ней предъявляется пользователю. Использование НОС позволяет пользователю освоить навыки саморегуляции, включающие осознанную регуляцию мозговой активности. Сегодня эта технология используется во многих российских и зарубежных клиниках («Медси», Неврологический медицинский центр «Династия» и т.д.). Экспериментально доказано: НОС так же эффективна, как и традиционные методы лечения ряда заболеваний (гиперактивность, последствия инсультов, тревожность, депрессия, эпилепсия и т.д.). НОС также используется для повышения когнитивных способностей (cognitive enhancement) и тренировок спортсменов в командах национального уровня.

iStock

— Каким образом можно реализовать ваши решения? Это инвазивные или неинвазивные технологии?

— В своей работе мы используем неинвазивные или полуинвазивные решения. Этот принцип касается как технологий транскраниальной магнитной и электрической стимуляции на здоровых испытуемых, так и разработки и аппаратов, и предоперационных протоколов, которые мы планируем применить в клинике — к примеру, пассивного предоперационного нейрокартирования невосполнимых функций, — без стимуляции.

— Можно ли применить ваши разработки при профилактике и лечении болезней и, возможно, предотвращении девиантного поведения?

— Большая часть наших работ направлена на изучение механизмов принятия решения, зрительного и слухового восприятия, их нормы и патологии. Например, при болезни Альцгеймера, шизофрении и аутизме нарушаются определенные когнитивные функции. Если мы знаем, как мозг обеспечивает ту или иную функцию и как ее реализация отличается при патологии, мы можем диагностировать нарушения и даже указывать на отклонения в работе мозга при тех или иных проблемах.

Например, вычислительная психиатрия, когда при использовании моделей в норме и при патологии можно предсказывать поведение человека при различных заболеваниях. Это междисциплинарная область, где используются не только данные исследований, но и вычислительные модели, применяемые к данным, когда вы можете прогнозировать течение болезни и принимать меры для лечения.

— Какие подразделения, исследовательские группы задействованы в проекте за пределами Вышки?

— За ее пределами — это все медицинские университеты, исследовательские медицинские учреждения, все они завязаны на развитие биомедицинских технологий. Их перечисление займет, наверное, целую страницу.

— Как вы сотрудничаете с другими стратегическими проектами и большими проектами Вышки?

— ИКН включился в совместную работу с СП «Успех и самостоятельность человека в меняющемся мире» (и.о. научного руководителя — Евгений Терентьев) по поиску нейропротекторов старения. Это направление активно развивает Федерико Галло, PhD, блестяще защитивший в 2022 году в НИУ ВШЭ диссертацию под руководством Юрия Штырова (ИКН). Интересно, что это международно признанное открытие связи билингвизма и сохранения когнитивных способностей со ссылкой на ВШЭ отметили публикацией в популярной прессе за рубежом.

В сотрудничестве с этим же проектом под руководством Василия Ключарева совместно с Еленой Кольцовой (питерский кампус) ведется интереснейшая работа по нейропрогнозированию fake news.

Сетевая интеграция лежит в основе СП, она способствует нашему знакомству с деятельностью друг друга.

Высшая школа экономики

— Как проект будет способствовать развитию университета?

— Можно назвать это новым направлением естественных наук, это проект с акцентом на естественные науки. Мы выходим на рынок биомедицинских исследований, и это важно для репутации ВШЭ как многопрофильного университета.

У проекта несколько задач, в том числе создание уникальных образовательных треков. Ключевыми образовательными инициативами являются пользующаяся высокой популярностью среди абитуриентов НИУ ВШЭ магистерская программа «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию» (руководитель Оксана Зинченко).

Второй год встречает абитуриентов новая программа бакалавриата «Когнитивная нейробиология» на базе факультета биологии и биотехнологии (руководитель Ольга Мартынова).

Благодаря усилиям ИКН появилась новая межотраслевая аспирантская школа по когнитивным наукам. В этом году на новую программу аспирантуры (руководитель Денис Захаров) по когнитивным наукам поступили первые аспиранты. Планируются защиты докторских и кандидатских диссертаций в новом междисциплинарном диссертационном совете по когнитивным наукам (руководитель Андрей Мячиков).

Мы стали трендсеттерами в создании новых направлений образования, к примеру сквозного трека «бакалавриат — магистратура — аспирантура». Спектр направлений нашего СП шире, чем спектр фундаментальных исследований. У нас есть амбиции развивать новые базовые и дополнительные образовательные программы, чтобы создавать новые кадры.

Большое внимание в нашем проекте уделено новым образовательным программам, включая программы ДПО. Запущен проект по микродигри «Прикладная когнитивная нейронаука», планируются курсы по мозг-навигируемой транскраниальной магнитной и электрической стимуляции для врачей из Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова.

Огромным успехом пользуется ежегодная школа по активным и пассивным методам нейрокартирования, которую проводят Маттео Феурра и Евгений Благовещенский.