Trening interfejsu mózg-komputer z wykorzystaniem rzeczywistości wirtualnej poprawia neuromodulację czuciowo-ruchową u osób zdrowych i po uszkodzeniu rdzenia kręgowego

Znów chodzić, przynajmniej w wyobraźni

Dla osób żyjących z paraliżem po urazie rdzenia kręgowego perspektywa ponownego chodzenia czy jazdy na rowerze bywa nieosiągalna. W tym badaniu zbadano inny rodzaj rekonwalescencji: przetrenowanie samego mózgu przy użyciu rzeczywistości wirtualnej i interfejsu mózg-komputer. Prosząc ochotników i osoby z urazami rdzenia o wyobrażanie sobie ruchu nóg podczas wędrówki przez bujny, wirtualny las, badacze pokazują, że mózg może nauczyć się wysyłać wyraźniejsze sygnały ruchowe — nawet gdy ciało nie może się poruszać.

Cyfrowy most między mózgiem a światem wirtualnym

Zespół badawczy stworzył system łączący aktywność mózgu ze światem wirtualnym. Uczestnicy nosili czapkę z suchymi elektrodami EEG, które rejestrowały drobne sygnały elektryczne z powierzchni skóry głowy, oraz zestaw VR pokazujący leśną ścieżkę. Osoby zdrowe widziały avatar kroczący z perspektywy pierwszej osoby, jakby patrzyły własnymi oczami, natomiast osoby z całkowitym uszkodzeniem rdzenia obserwowały siebie jadących na rowerze tą samą trasą. Gdy uczestnicy się relaksowali, avatar stał. Gdy żywo wyobrażali sobie chodzenie lub jazdę na rowerze, komputer dekodował ich sygnały mózgowe i w czasie rzeczywistym przesuwał avatara do przodu, jednocześnie uruchamiając dźwięki i, w grupie z urazem rdzenia, delikatną stymulację mięśni nóg za pomocą impulsów elektrycznych.

Trenowanie mózgu jak mięśnia

Nauka kontroli tego interfejsu mózg-komputer nie następowała od razu; wymagała praktyki, podobnie jak nauka sportu czy gry na instrumencie. Uczestnicy bez uszkodzeń ukończyli 15 sesji treningowych rozłożonych na różne dni, każda trwająca około godziny. Każda sesja zaczynała się od okresu kalibracji, podczas którego system „nasłuchiwał” mózgu, gdy osoba na przemian relaksowała się i wyobrażała sobie chodzenie. Następnie komputer budował nowy model rozróżniający te dwa stany. Po kalibracji uczestnicy wchodzili w dłuższe przebiegi, gdzie podążali za wskazówkami audio, aby albo się relaksować, albo ciągłe przez pełną minutę wyobrażać sobie chodzenie, przy czym ruch avatara odzwierciedlał zdeodowane aktywności mózgowe. W oddzielnej fazie swobodnej kontroli próbowali sprawić, by avatar wykonał jak najwięcej samodzielnych kroków w ciągu pięciu minut, bez zewnętrznych wskazówek.

Wyraźniejsze sygnały mózgowe i lepsza kontrola

Z czasem mózgi uczestników wytwarzały bardziej wiarygodne wzorce, gdy wyobrażali sobie ruch w porównaniu z odpoczynkiem. Badacze mierzyli, jak odrębne i stabilne są te wzorce, wykorzystując narzędzia matematyczne niezależne od konkretnego algorytmu dekodującego. W miarę trwania sesji te miary poprawiały się, co dowodzi, że uczestnicy rzeczywiście uczyli się kształtować swoją aktywność mózgową. To uczenie przekładało się na lepszą kontrolę: u osób zdrowych dokładność komputera w rozróżnianiu „chodź” od „relaks” wzrosła z około 60 procent w początkowych sesjach do około 80 procent w późniejszych. Podczas prób swobodnej kontroli liczba poprawnie zdeodowanych kroków zwiększyła się ponad dwukrotnie. Osoby z długotrwałymi, motoryczno- i sensorycznie całkowitymi urazami rdzenia — które nie mogą poruszać ani czuć nóg — również wykazały znaczące postępy. Ich dokładność klasyfikacji wzrosła z mniej więcej wysokiego zakresu 50 procent do ponad 70 procent, gdy nauczyli się wytwarzać wyraźniejsze sygnały mózgowe „jedź kontra relaks” podczas jednoczesnego doświadczania informacji zwrotnej z VR i stymulacji mięśni nóg.

Dlaczego rzeczywistość wirtualna ma znaczenie

Wydaje się, że immersyjne środowisko VR odgrywa kluczową rolę. Sama obserwacja realistycznego ciała poruszającego się w synchronizacji z własnymi wyobrażonymi działaniami może aktywować sieci mózgowe zaangażowane w ruch i świadomość ciała. Otoczenie leśne, perspektywa pierwszej osoby i subtelne dźwięki sprawiają, że doświadczenie jest bardziej angażujące niż wpatrywanie się w proste symbole na ekranie. U uczestników z urazem rdzenia dodanie stymulacji elektrycznej poruszającej ich nogami w rzeczywistym świecie, powiązanej z ich poleceniami mózgowymi, prawdopodobnie wzmacniało związek między intencją a sprzężeniem zwrotnym. Chociaż badanie nie obejmowało grupy kontrolnej bez VR, wyniki sugerują, że połączenie bogatego sprzężenia sensorycznego, środowiska przypominającego grę i powtarzalnego treningu pomaga mózgowi dopracować jego wewnętrzny „plan” ruchu.

Kroki w stronę przyszłej rehabilitacji

Dla laika główny wniosek jest taki, że mózg pozostaje plastyczny, nawet lata po druzgocącym urazie. Poprzez ćwiczenie wyobrażonego chodzenia lub jazdy w świecie wirtualnym, który natychmiast reaguje na myśli, zarówno osoby zdrowe, jak i te z całkowitym uszkodzeniem rdzenia nauczyły się wysyłać bardziej precyzyjne sygnały ruchowe, które komputer potrafił zrozumieć. Ta praca sama w sobie nie przywraca chodzenia w rzeczywistym świecie. Wzmacnia jednak obwody mózgowe leżące u podstaw ruchu i pokazuje, że niedrogie zestawy z suchymi elektrodami i konsumenckie VR mogą wspierać długotrwały trening. W przyszłości podobne systemy mogą być łączone z robotycznymi egzoszkieletami lub zaawansowaną stymulacją elektryczną, aby pomóc przekształcić te usprawnione sygnały mózgowe w realne, funkcjonalne ruchy poza rzeczywistością wirtualną.

Cytowanie: Mannan, M.M.N., Palipana, D.B., Mulholland, K. et al. Virtual reality mediated brain-computer interface training improves sensorimotor neuromodulation in unimpaired and post spinal cord injury individuals. Sci Rep 16, 6215 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36431-3

Słowa kluczowe: rehabilitacja w rzeczywistości wirtualnej, interfejs mózg-komputer, trening wyobrażeniowy ruchu, uszkodzenie rdzenia kręgowego, neuroplastyczność