В последние годы было множество достижений в области исследований интерфейсов мозг-компьютер. Имплантанты позволяли обезьянам управлять компьютерным курсором и даже роботом-манипулятором с впечатляющей точностью. В данном исследовании, две макаки были обучены управлять виртуальной рукой на экране компьютера и "хватать" ею виртуальные объекты. Отличает этих макак от прошлых обезьян-стажеров то, что, когда их виртуальная рука контактирует с виртуальным объектом, которые макака «чувствует» объект.
Макакам были показаны три одинаковых объектов на экране компьютера. Они были обучены проводить виртуальной рукой над тремя объектами и выбирать тот, который вызывал ощущение. Управление рукой осуществлялось электродами, имплантированными в моторную кору - основную часть мозга для управления движениями. Активность сотен нейронов в моторной коре записывалась, когда обезьяны управляли виртуальной рукой при помощи джойстика. Таким способом компьютер узнает, где "лево" и "право" и т.д. с точки зрения активности мозга. Затем джойстик забрали, и обезьян стали обучать управлять виртуальной рукой своими мыслями.
Ощущение, указывающее правильный объект, вызывалось электрической стимуляцией через обратную связь с компьютера на мозг. Электроды обратной связи были вживлены в соматосенсорную кору - часть мозга, которая чувствует прикосновение. Как только виртуальная рука проходила над правильным объектом, происходила стимуляция соматосенсорной коры. Если обезьяна выбирала правильный объект, она получала что-нибудь вкусное. Обезьяны усвоили задачу довольно быстро. Одна обезьяна продемонстрировала улучшение после девяти испытаний, другая - после четырех. После освоения задачи, обезьяны выбирали правильный объект в девяти случаях из десяти. Это показывает, что они “чувствуют” правильный объект без какой-либо стимуляции кожи (см. видео).
Как считают исследователи, непонятно, что при этом чувствуют животные, но, похоже на то, что удалось создать непосредственную связь между искусственными пальцами на экране компьютера и головным мозгом обезьяны.
Управление двумя сигналами - из моторной коры и в соматосенсорную кору - оказалось для исследователей сложным делом. Эти две области в головном мозге расположены достаточно близко, поэтому электрическая стимуляция соматосенсорной коры могла на самом деле давать утечку в моторную кору и нарушить управление виртуальной рукой. Однако, удалось преодолеть эту трудность , чередуя запись и стимуляцию каждые 50 миллисекунд. Конечно, нормальной мозг так не переключается периодически из одного режима работы в другой. Но факт, что обезьяны все же сумели выполнить задачу говорит о том, что эта технология все же работает.
Дать роботизированным протезам сенсорную обратную связь – было бы огромным достижением. Некоторые лаборатории в настоящее время пытаются разработать протезы с сенсорными функциями обратной связи. Один из примеров основан на получении сигналов обратной связи от нервных окончаний культи конечности. Из-за различия в состоянии тканей культи и разорванных нейронов, этот подход ещё меньше, чем красивая, но малоосуществимая идея. Двусторонняя связь мозг-компьютер-мозг (прямо к неповрежденным двигательным и сенсорным центрам мозга могла бы сделать обратную связь реальностью.
Воодушевленные успехом, ученые готовы поднять нейропротезирование на следующий уровень. Проект “Ходить Снова” - совместные усилия многих ученых из ведущих мировых исследовательских центров - планируют не меньше, чем "восстановить полную подвижность для пациентов, страдающих тяжелой степенью паралича." Конечно, для достижения таких”сверхчеловеческих подвигов” потребуется костюм “супергероя”. Это - экзоскелет, предназначенный для поддержки тела пациента и позволяющий ему или ей двигаться по своему желанию. Как и в данном исследовании, электроды будут имплантированы в двигательные и сенсорные центры мозга, чтобы дать пациенту возможность как управлять движением, так и все важные обратные связи. Несколько сотен нейронов, было достаточно макакам, чтобы управлять своими виртуальными руками. А мозг человека требует, как минимум, записи сигналов несколько тысяч клеток мозга для осуществления точных движений. Это основная задача, которую исследователям придется преодолеть, прежде чем пациенты смогут начать надевать экзоскелет.
…Мозговые чипы - если они заработают - будут сами по себе торжеством науки и технологии. Мозговые чипы будут маломощными и оборудованными беспроводной связью. Блок обработки сигналов будет иметь размеры мобильного телефона, и пациент сможет носить его на поясе. Блок обработки сигналов будет преобразовывать сигналы мозговой активности в цифровые сигналы, которые будут управлять приводами суставов экзоскелета. Сенсоры силы и натяжения, расположенные по всему экзоскелету, будут сигнализировать обратно в мозг пациента местонахождение суставов и конечностей. Учёные предсказывают, что потребуется порядка нескольких недель, и пациенты освоят экзоскелет как своё собственное тело.
Это очень амбициозный проект, если не сказать больше. В настоящее время ученые работают над готовым костюмом для клинических испытаний в течение ближайших трех лет. У них есть крайний срок: в 2014 году состоится чемпионата мира в Бразилии по футболу. И есть надежда, что молодой полностью парализованный бразилец в экзоскелете откроет чемпионат мира, нанеся первый удар по мячу…