Как это работает
На первый взгляд, это выглядит как обычная видеоигра, хоть и с устаревшей графикой. Однако инновационная система, которая за ней стоит, может однажды вернуть физический контроль в жизнь людей с параличом, сообщает 24 Канал со ссылкой на Nature Medicine.
Смотрите также Эта черепица настолько замечательная, что вы никогда не узнали бы в ней солнечные панели для крыши
Этот эксперимент провели нейрохирурги из Стэнфордского и Браунского университетов. Они имплантировали микроэлектроды в мозг парализованного участника исследования, подключив его к компьютеру для передачи электрического сигнала. С помощью микроэлектродов подопытный смог управлять виртуальным беспилотником, проходя полосу препятствий в виде видеоигры, используя лишь свои мысли. Это достижение, как описано в исследовании, опубликованном 20 января, имеет важное значение для того, чтобы люди с параличом могли наслаждаться деятельностью, которая ранее была для них недоступна, и, возможно, однажды восстановить автономное передвижение.
Мы разработали высокопроизводительную систему интерфейса мозг-компьютер на основе пальцев, которая позволяет непрерывно контролировать три [виртуальные] независимые группы пальцев, из которых большим пальцем можно управлять в двух измерениях, что обеспечивает в целом четыре степени свободы,
– говорится в статье.
Хотя ученые уже более десяти лет используют технологию "мозг-компьютер" для помощи людям с параличом, она исторически сталкивалась с проблемами при воспроизведении сложных движений, таких как движения пальцев.
Участник исследования – 69-летний мужчина, который перенес травму спинного мозга, приведшую к тетраплегии, крайней форме паралича, которая поражает большую часть тела. Микроэлектроды были имплантированы в левую прецентральную извилину – часть мозга, которая контролирует движения рук. На другом конце они были физически подключены к компьютеру. Нейрохирурги попросили участника наблюдать за движениями виртуальной руки, а затем с помощью искусственного интеллекта определили электрическую активность мозга, связанную с конкретными движениями.
Эта связь позволила системе искусственного интеллекта предсказать желаемые движения пальцев, даже несмотря на то, что участник не может двигать ими физически. Таким образом, интерфейс между мозгом и компьютером позволил ему управлять движениями виртуальной руки с помощью своих мыслей. ИИ видел активность в конкретных участках и понимал, что пользователь хочет двигать соответствующим пальцем.
Виртуальная рука была разделена на три сегмента, которые можно было двигать вертикально и горизонтально, иногда одновременно: большой, указательный и средний пальцы, а также безымянный и мизинец.
Это большая степень функциональности, чем что-либо, что раньше базировалось на движениях пальцев,
– говорит Мэтью Уилси из Стэнфордского университета, который возглавлял исследование.
Потренировавшись, участник смог использовать этот мозгово-компьютерный интерфейс для управления движением и скоростью виртуального дрона на имитированной полосе препятствий, подобно тому, как люди без паралича используют игровые контроллеры для игры в видеоигры.
Смотрите, как пациент управляет виртуальным дроном с помощью мысли: видео
Интерфейс принимает сигналы, созданные в моторной коре мозга, которые возникают, когда участник пытается двигать пальцами. Затем он использует искусственную нейронную сеть для интерпретации намерений управлять виртуальными пальцами в симуляции. На последнем этапе посылается сигнал для управления виртуальным квадрокоптером.
Дональд Т. Авансино из Стэнфордского университета, который также участвовал в исследовании, рассказал, что симуляция дрона не была случайным выбором, поскольку "участник исследования имел страсть к полетам".
Альтернативы не так хороши
Менее инвазивные подходы, включая электроэнцефалографию (методику, которая измеряет электрическую активность мозга без необходимости хирургического вмешательства), ранее позволяли пациентам с параличом играть в видеоигры. Однако исследователи предполагают, что контроль мелкой моторики лучше достигается при более тесном взаимодействии с нейронами.
Они отметили, что их интерфейс "мозг-компьютер" позволил участнику управлять дроном в шесть раз точнее, чем в аналогичном предыдущем исследовании, в котором использовалась ЭЭГ.
Хотя возможность играть в видеоигры позволяет пациентам с параличом социализироваться и расширять границы своей деятельности, точное и умелое управление устройствами еще даже близко не раскрыло свой потенциал.
Имея возможность двигать несколькими виртуальными пальцами с помощью мозгового контроля, вы можете иметь многофакторные схемы управления любыми вещами,
– объясняет Джейми М. Хендерсон из Стэнфордского университета.
Он добавляет, что это можно распространить практически на что угодно – от работы с программным обеспечением до написания музыки. Другими словами, такая технология может позволить пациентам заниматься широкой деятельностью, работать, развлекаться и тому подобное.