Ученые из Университета Дьюка продемонстрировали беспроводной интерфейс между мозгом и машиной (brain-machine interface - BMI), позволяющий обезьяне управлять роботизированной коляской с помощью мыслей. Подобный имплантат BMI, обеспечивающий высокое качество сигналов для точного управления инвалидной коляской в режиме реального времени, удалось создать впервые.
«Это первый беспроводной интерфейс между мозгом и машиной для перемещения всего тела», - говорит Мигель Николелис, профессор неврологии из Университета Дьюка, который руководил этим проектом. «Даже серьезно больные пациенты, которые не могут двигать ни одной частью тела, могут быть размещены на инвалидной коляске и смогут на ней перемещаться».
Николелис и его коллеги впервые использовали интерфейс мозг-машина в 1999 году в исследовании на крысах. С тех пор ученые провели несколько демонстраций с приматами, используя сигналы мозга для управления протезом руки, современными устройствами и компьютером и даже принимали тактильные сигналы.
Но, несмотря на эти впечатляющие достижения, пока нет надежных, долговечных имплантатов, которые можно использовать на людях. Новый интерфейс BMI наконец дает нам такую надежду, сказал Николесис.
Новый интерфейс BMI наконец дает нам такую надежду, сказал Николесис.Он является новаторским по нескольким причинам. До сих пор исследователи в основном использовали не инвазивные электроды ЭЭГ, прикрепленные к коже головы для управления коляской с помощью мыслей. Но низкочастотные сигналы не содержат необходимого количества информации для непрерывного, в режиме реального времени управления машинами. Более сложные мозговые имплантаты использовали подсоединяемые проводами к внешним компьютерам имплантированные электродные матрицы, что повышает риск внесения инфекций и попросту нецелесообразно.
Еще один недостаток прежних подходов в том, что все они использовали для перемещения коляски записываемые и затем воспроизводимые сигналы мозга для джойстика или движения рук. «Я очень критично относился в течение десяти лет к возможности использования жестких электродов и зондов в организме человека и проведения подобных клинических испытаний», - говорит Николелис. «То, что я видел – это были посредственные результаты с имплантатами, которые действуют не более, чем несколько недель».
В новом исследовании ученые смогли расшифровать нейронные сигналы для движения всего тела. Они преобразуются в поступательные и вращательные скорости для инвалидной коляски так, что обезьяна с имплантатом BMI может перемещаться на коляске в сторону лакомства. Этот подход обеспечивает намного более совершенное управления креслом-коляской.
Эксперименты начались в 2012 году. Двум обезьянам были имплантированы микроэлектроды толщиной в волос, чтобы контролировать около 300 нейронов у каждого животного. Поначалу обезьяны сидели в колясках, которые перемещались сначала по прямой линии, а затем по более сложной траектории в сторону миски с виноградом. Закрепленное на голове животного устройство BMI имеет 512-канальный беспроводной интерфейс, который посылает сигналы в компьютер. Исследователи записали нейронную активность животных, как они воспринимают траекторию перемещения коляски. Сигналы были использованы для обучения программы декодирования.
Уже затем обезьяны пытались управлять коляской с помощью мысли. Беспроводной датчик BMI посылал сигналы в компьютер, а декодер переводил сигналы мозга в моторные команды для инвалидной коляски. Со временем обезьяны стали лучше контролировать движение кресла и смогли быстрее направлять его в сторону винограда.
Исследователи надеются записать еще больше нейронных сигналов, чтобы добиться более точного и надежного управления. Они уже разработали беспроводной интерфейс, позволяющий передавать 1000 каналов данных. Важное значение будут иметь клинические испытания, намеченные на ближайшее время. Теперь у исследователей есть записи нейронных сигналов высокого качества, полученные в экспериментах с обезьянами в течение семи лет. «Мы предполагаем, что может пройти еще десятилетие, которое для меня будет критерием, который нам нужен для клинических испытаний на человеке», - говорит Николелис.
Комментарии
(0) Добавить комментарий