Натан Коупленд научился управлять роботизированной рукой силой мысли, но движения были медленными.
Теперь разработчики реализовали тактильную обратную связь.
Натану Коупленду было всего 18 лет, когда он попал в автокатастрофу и остался парализованным.
Несчастный случай произошел в 2004 году.
С тех пор Натан почти не может двигаться и потерял чувствительность большей части тела.
Правда, он не парализован на 100% — у него еще сохраняется чувствительность запястий и нескольких пальцев.
Он также может немного двигать плечами.
В больнице он стал одним из участников экспериментального исследования.
Команде Питтсбургского университета нужен был волонтер для тестирования системы ментального контроля роботизированной руки.
Задача была проста: научиться управлять роботизированной рукой, просто думая о различных движениях.
Все это — одна из работ по созданию нейроинтерфейса, позволяющего управлять механизмами или программным обеспечением с помощью мысли.
Аналогичную работу проводят такие компании, как Kernel или Neuralink Илона Маска.
Коупленду посчастливилось стать участником эксперимента, поскольку критерии отбора добровольцев обычно чрезвычайно строгие.
У человека должен быть определенный тип травмы, плюс волонтер должен жить относительно близко к лаборатории.
Натан отвечал всем требованиям, поэтому выбрали его.
Вскоре новичку сделали операцию, в ходе которой к его моторной и соматосенсорной коре подключили электроды нейроинтерфейса.
С помощью последнего ученые считывают электрические сигналы мозга, в основном те, которые возникают при мысли о намерении совершить движение пальцами или запястьем.
Эти импульсы преобразовывались с помощью компьютерной системы и передавались на интерфейс управления манипулятором.
После трех сеансов работы Коупленд научился работать с системой.
В частности, он умел передвигать шарики и хватать кубики со стола, просто думая об этом.
Но это было только начало.
В исследовании, опубликовано На днях в Science сообщили, что вообще сенсационная вещь: теперь доброволец чувствует прикосновение к предметам.
Что это за ощущения не сообщается, да и сложно передать такие вещи словами.
Но факт, что прикосновение робота-манипулятора к объектам ощущается так, как будто к этим же объектам прикасаешься собственными пальцами.
По словам разработчиков, скорость реакции и движения роботизированной руки ускорилась — раньше движения были медленными.
Доброволец должен был смотреть на то, что делает манипулятор, продумывать действия и корректировать их.
Теперь к процессу добавилось осязание, которое позволяет действовать рефлекторно.
В некоторых случаях скорость движения манипулятора после добавления тактильной обратной связи увеличивалась в 2 раза.
Без преувеличения эту разработку можно назвать прорывом в вопросе восстановления дееспособности парализованных людей.
По мнению команды исследователей, осязание является важным фактором восстановления подвижности.
Когда человек чувствует прикосновение, он способен действовать быстрее.
Визуальное наблюдение за процессом менее эффективно, чем тактильные ощущения и зрительный контакт. Более того, если есть чувство осязания, зрительного контакта может вообще не быть.
Когда обычный человек взаимодействует с каким-либо предметом, действия в основном зависят от ощущений.
Человеческий мозг получает информацию, обрабатывает ее и отправляет сигналы дальше по всему телу.
Простое действие, например, обхватить чашку пальцами, не так уж и просто.
По мере движения пальцев мозг корректирует действия руки.
Когда пальцы касаются чашки, мозг получает обратную связь в виде тактильных ощущений и направляет руку так, чтобы хват был максимально эффективным.
Поскольку мозг добровольца был неповрежденным, он теоретически мог поддерживать «тактильный контакт» пальцев.
К сожалению, большая часть электрических сигналов в нервной системе участника эксперимента не дошла от мозга до конечностей.
Соответственно, исследователям пришлось разработать систему, позволяющую моделировать тактильные ощущения.
Основная задача заключалась в том, чтобы ощущения были реальными и совпадали с действиями манипулятора.
Итак, когда роботизированный мизинец касался объекта, Коупленду приходилось чувствовать его собственным мизинцем.
Чтобы обеспечить обратную связь, Коупленду имплантировали дополнительные электроды.
Два набора электродов отвечают за анализ сигналов мозга при обдумывании выполнения действия рукой, а еще два имитируют сенсорные ощущения.
Фактически, ощущения прикосновения можно добиться, используя слабый электрический сигнал в электроде.
Необходимо было синхронизировать генерацию таких сигналов с движениями манипулятора.
Чтобы создать такую систему, исследователи воспользовались оставшейся у Коупленда чувствительностью большого, указательного и среднего пальцев правой руки.
Исследователи прикоснулись к ним ватным тампоном и проанализировали сигналы с помощью ЭCG, а также области мозга, где эти сигналы возникают. В результате нам удалось понять, какая часть мозга за какой палец отвечает. После этого ученые сгенерировали аналогичные сигналы и отправили их на электроды.
По словам волонтера, он чувствует, как что-то касается основания пальцев в верхней части правой ладони.
Это может быть давление, тепло или просто необычное покалывание, но не боль.
До внедрения тактильной системы Коупленд хорошо умел хватать и перемещать объекты.
На тренировки ушло пару лет, но результаты оказались превосходными: если обычному человеку на выполнение такой операции требуется около 5 секунд, то Коупленду нужно от 5 до 20 секунд. Дальнейшее обучение не дало результатов: доброволец как будто вышел на плато, без ухудшения или улучшения результатов.
Все изменилось с добавлением тактильной системы.
Как уже говорилось выше, результат сразу улучшился в 2 и более раза.
Конечно, мне пришлось тренироваться заново, учитывая, что тактильные ощущения Коупленда не совсем такие, как у здорового человека.
Сам он говорит, что уже во время первого теста стал действовать гораздо увереннее, поскольку ему не приходилось полностью полагаться на свое зрение.
Если обратной связи нет, приходится полагаться только на видение.
В этом случае человек должен сначала убедиться, что объект действительно захвачен.
Если да, то необходим постоянный визуальный контроль во время его движения.
По мнению экспертов, создание реалистичных сенсорных сигналов — это большая победа.
Это означает, что ученые приблизились к задаче имитации естественных движений здорового человека.
Важно, чтобы действие завершилось без существенных задержек.
Тактильная обратная связь – это именно то, что помогает уравнять время выполнения действия обычному человеку и человеку с поражением нервной системы.
Для тактильной системы время обработки сигнала, задержка, составляет около 30 мс.
Для зрительной системы оно составляет от 100 до 300 мс.
Представьте, что вы пытаетесь схватить скользкую чашку.
Если вы используете только свое зрение, вы узнаете, что уронили чашку, только после того, как увидите, как чашка падает. Несмотря на все успехи разработчиков, система пока находится на стадии «лабораторного образца».
Коупленд может управлять роботизированной рукой только в лаборатории.
Он не может носить его или взять с собой домой.
Правда, у Коупленда есть упрощенная система, позволяющая ему управлять своим персональным компьютером.
Система достаточно продвинута, чтобы с ней можно было играть в игры Sega Genesis на эмуляторе.
Коупленд даже смог нарисовать кота и превратить его в NFT. 
Другая проблема системы заключается в том, что ей требуется проводное соединение.
Но эту проблему, похоже, решить проще, чем другие — многие компании разработали беспроводные нейронные интерфейсы.
И последнее: тактильные ощущения Коупленда при прикосновении к объектам роботизированной рукой не всегда соответствуют естественным.
Поэтому управлять захватом/движением предметов ему все же сложнее, чем обычному человеку.
Но в любом случае прогресс колоссальный.
Мы уже можем с уверенностью сказать, что человеческий мозг еще привязан к своей плоти, но уже не скован ею.
Теги: #Популярная наука #здоровье #Будущее уже здесь #Наука #мозг #сигналы #нейроинтерфейсы
-
Как Рисовать Героев Эскизов
19 Oct, 24 -
Как Я Сдавал Dcap
19 Oct, 24 -
Google Присоединился К Альянсу Odf
19 Oct, 24 -
Не Бойтесь Солнечных Батарей
19 Oct, 24
