Тренировка интерфейса «мозг-компьютер» через виртуальную реальность улучшает сенсомоторную нейромодуляцию у здоровых людей и пациентов с повреждением спинного мозга

Снова идти — по крайней мере в уме

Для людей, живущих с параличом после повреждения спинного мозга, идея снова ходить или кататься на велосипеде кажется недостижимой. В этом исследовании рассматривается другой вид восстановления: переобучение самого мозга с помощью виртуальной реальности и интерфейса «мозг‑компьютер». Попросив добровольцев и людей с повреждениями спинного мозга представлять движение ног, пока они перемещаются по пышному виртуальному лесу, исследователи показали, что мозг способен научиться посылать более четкие сигналы движения — даже когда тело не может двигаться.

Цифровой мост между мозгом и виртуальным миром

Команда создала систему, связывающую активность мозга с виртуальным пространством. Участники надевали шапочку с сухими ЭЭГ-датчиками, которые улавливали слабые электрические сигналы с поверхности черепа, и шлем виртуальной реальности с видом на лесную тропу. Невозмутимые добровольцы видели идущего аватара от первого лица, словно смотрели собственными глазами, в то время как люди с полным повреждением спинного мозга наблюдали, как они едут на велосипеде по той же дорожке. Когда участники расслаблялись, аватар оставался неподвижным. Когда они ярко представляли ходьбу или езду, компьютер декодировал их мозговые сигналы и в реальном времени двигал аватара вперед, одновременно воспроизводя звуки и, для группы с повреждением спинного мозга, мягкую стимуляцию мышц ног электрическими импульсами.

Тренировка мозга, как мышцы

Освоение управления этим интерфейсом «мозг‑компьютер» не происходило мгновенно; требовалась практика, как при обучении спорту или игре на инструменте. Невозмутимые добровольцы проходили 15 тренировочных сессий в разные дни, каждая длилась около часа. Каждая сессия начиналась с калибровки, в ходе которой система «слушала» мозг, пока человек поочередно расслаблялся и представлял ходьбу. Затем компьютер строил новую модель, чтобы отличать эти два состояния. После калибровки участники выполняли более длинные прогонки, следуя звуковым сигналам — либо расслабляясь, либо непрерывно представляя ходьбу в течение минуты, при этом движение аватара отражало декодированную активность мозга. В отдельной фазе свободного контроля они пытались заставить аватара сделать как можно больше самостоятельных шагов в течение пяти минут, без внешних подсказок.

Более четкие мозговые сигналы и лучшее управление

Со временем мозг участников стал вырабатывать более надежные паттерны при представлении движения по сравнению с состоянием покоя. Исследователи оценивали, насколько различимы и стабильны эти паттерны с помощью математических инструментов, независимых от конкретного алгоритма декодирования. В разных сессиях эти показатели улучшались, что свидетельствует о том, что участники действительно учились формировать активность мозга. Это обучение перешло в лучшее управление: у здоровых людей точность компьютера в различении «идти» и «расслабиться» выросла примерно с 60 процентов в ранних сессиях до около 80 процентов в поздних. В испытаниях свободного контроля число правильно декодированных шагов более чем удвоилось. Люди с длительным, моторно‑ и сенсорно‑полным повреждением спинного мозга — которые не могут двигать или чувствовать ноги — также показали значимые улучшения. Их точность классификации поднялась с примерно верхнего диапазона 50‑х процентов до выше 70 процентов по мере того, как они научились вырабатывать более четкие мозговые сигналы «ехать против расслабления», получая при этом обратную связь в VR и стимуляцию мышц ног.

Почему виртуальная реальность важна

Погружающая VR‑среда, по-видимому, играет ключевую роль. Простое наблюдение за натуралистичным телом, движущимся синхронно с воображаемыми действиями, может активировать сети мозга, вовлеченные в движение и осознание тела. Лесная обстановка, вид от первого лица и ненавязчивые звуки делают опыт более захватывающим, чем созерцание простых символов на экране. Для участников с повреждением спинного мозга добавление электрической стимуляции, приводившей к движению их ног в реальном мире и связанной с командами их мозга, вероятно, усиливало связь между намерением и обратной связью. Хотя в исследовании не было контрольной группы без VR, результаты предполагают, что сочетание богатой сенсорной обратной связи, игровой среды и повторных тренировок помогает мозгу уточнять внутреннюю «схему» движения.

Шаги к будущей реабилитации

Для неспециалиста главный посыл таков: мозг остается пластичным, даже спустя годы после разрушительной травмы. Практикуя воображаемую ходьбу или езду внутри виртуального мира, который мгновенно реагирует на их мысли, как здоровые люди, так и те, кто перенес полное повреждение спинного мозга, научились посылать более точные сигналы движения, которые мог понять компьютер. Эта работа сама по себе не восстанавливает ходьбу в реальном мире. Но она укрепляет мозговые цепи, лежащие в основе движения, и показывает, что недорогие шапочки с сухими электродами и потребительская VR‑техника могут поддерживать долгосрочные тренировки. В будущем подобные системы можно будет сочетать с роботизированными экзоскелетами или усовершенствованной электрической стимуляцией, чтобы помочь преобразовать улучшенные мозговые сигналы в реальные функциональные движения за пределами виртуальной реальности.

Цитирование: 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

Ключевые слова: реабилитация с помощью виртуальной реальности, интерфейс мозг-компьютер, тренировка моторного воображения, повреждение спинного мозга, нейропластичность