Опанували "мову мозку": вченим вперше вдалося передати відчуття дотику через біонічний протез

Анна Коваленко — 20 січня, 09:00
Опанували мову мозку: вченим вперше вдалося передати відчуття дотику через біонічний протез
У дослідження брали участь люди, які не можуть контролювати свої кінцівки через травми хребта
Фото: Чарльз М. Грінспон, Університет Чикаго

Науковці виготовили нейрокомп'ютерний інтерфейс для паралізованих людей. З його допомогою вони можуть не лише керувати біонічними протезами, а й відчувати предмети на дотик.

Про це йдеться в дослідженні команди вчених із Cortical Bionics Research Group, опублікованому в журналі Science, інформує Popular Science.

Протягом багатьох років науковці працювали над технологією нейрокомп'ютерних інтерфейсів (BCI), яка дозволяє людям із травмами хребта чи втраченими кінцівками керувати протезами та комп'ютерними курсорами за допомогою сигналів мозку.

Попри значні просування вперед, копіювання делікатних відчуттів дотику залишалося недосяжним.

Експерименти з біонічною рукою
Фото: Чарльз М. Грінспон, Університет Чикаго
Дослідження імпульсів мозку
Фото: Чарльз М. Грінспон, Університет Чикаго
РЕКЛАМА:

У новому дослідженні вченим вдалося зробити значний прорив у цьому напрямку.

Протягом років науковці працювали з двома пацієнтами, які через травми спинного мозку не могли контролювати свої кінцівки. Для дослідження паралізованим учасникам імплантували BCI в сенсорну та моторну зони мозку, які відповідальні за рух рук.

Для технології пристрою використали унікальний метод кодування природних відчуттів дотику.

Спершу вчені записали та розшифрували моделі електричної активності мозку, пов'язані з рухом учасників. Згодом пацієнти взяли участь у серії експериментів, під час яких керували біонічними протезами.

Науковцям вдалося досягти того, що пацієнти відчували краї, лінії та напрямки руху предметів по протезу.

Провідний автор дослідження, доцент Технологічного університету Чалмерса (Швеція) Джакомо Валле сказав, що робота "вийшла за межі всього, що коли-небудь робили в області нейрокомп'ютерних інтерфейсів".

"Зараз ми перебуваємо на іншому рівні штучного дотику. Ми вважаємо, що це багатство має вирішальне значення для досягнення рівня спритності, маніпуляцій і багатовимірного тактильного досвіду, типового для людської руки", – розповів науковець.

Як BCI здатний передавати відчуття доторку?

У 1973 році науковець зі США Жак Відаль уперше розробив технологію нейрокомп'ютерних інтерфейсів у теорії. Технологія працює завдяки електродам, які приймають сигнали мозку людини, аналізують їх та інтерпретують у формі, яку може сприймати комп'ютер.

На практиці пацієнтам хірургічно імплантують електроди під череп, що дозволяє відстежувати активність нейронів мозку. Завдяки BCI паралізовані люди або ті, хто не має кінцівок, можуть контролювати протези та навіть грати у відеоігри.

Якщо переміщення біонічної руки чи ноги потребує зчитування сигналів мозку, то відчуття дотику вимагає зворотного процесу.

Дослідник Джакомо Валле пояснив, що разом із колегами їм вдалося закодувати сигнали, пов'язані з тактильними відчуттями, та надіслати їх у мозок учасників дослідження. Він зауважив, що цей процес значно складніший, ніж може здатися на перший погляд, адже дотикові відчуття вимагають високої точності.

Відтак якщо у мозок надіслати злегка неправильні сигнали, то він не зможе їх сприйняти, а людина відчуватиме розгубленість.

"Ми повинні були надіслати в мозок повідомлення мовою мозку", – пояснив завдання вчених науковець.

Під час експериментів учасники спершу відчували краї, схожі на кінець столу, пізніше – складніші форми та вигнуті літери. Зрештою пацієнти змогли сприйняти тривимірні форми і відчути рух на поверхні рук і пальців біонічного протеза.

За словами Джакомо Валле, дослідників здивувало те, наскільки ефективним виявився процес передачі сигналів до мозку, враховуючи, що вони працювали з відносно обмеженими ділянками.

Провідний автор дослідження зауважив, що для повного відновлення відчуття дотику за межами лабораторій потрібно докласти ще багато зусиль.

Зокрема, необхідно створити тип цифрової шкіри, яка змогла би збирати та перетворювати в сигнали дані про довкілля. Потім високорозвинений BCI матиме надсилати ці повідомлення до мозку людини. Весь складний процес мав би відбуватися миттєво.

Нагадаємо, Європейське космічне агентство готує вперше відправити в космос людину з інвалідністю.

Реклама:

Головне сьогодні