Киберпротезы и работа мозга

Когда речь заходит про достижение какой-либо цели, нам кажется, что нужно сделать это максимально быстро. Это естественное желание и базовая ошибка. Причем как начинающих биохакеров, которым интересен разгон мозга ^[1], так и ученых, которые работали над нейропротезами. Своевременное понимание и признание такой ошибки помогает гибко переключиться на лучший вариант.

Работа мозга ^[1] сопряжена с массой факторов. Есть работы Теренса Маккенны ^[2], в которых описано изменение состояний сознания всего человечества за периоды тотального доступа к спиртному, и последующему переходу на табак и кофе. Есть пласт работ по киберпсихологии ^[3], основанной Тимоти Лири, сегодня мы все плотнее подбираемся к работе мозга ^[1], запускаем электроды в разные центры, получая как утраченные возможности, так и новые перспективы. Обо всем этом рассказывают материалы сообщества ^[4]. Подписывайтесь, чтобы не пропустить свежие статьи!

Приматы и интерфейс мозг компьютер

Исследователи из Немецкого центра приматов — Института исследований приматов имени Лейбница в Геттингене разработали новый протокол интеграции интерфейсов мозг-компьютер ^[5] в исследовании с макаками-резусами. Метод позволяет ^[6] точно управлять киберпротезами рук, используя только сигналы мозга ^[1]. Впервые исследователям удалось показать, что для этого управления в первую очередь важны нейронные сигналы, сигнализирующие о положении рук в пространстве, а не сигналы, которые управляют скоростью движения, как предполагалось ранее.

Скорость, сила, гибкость. И киберпротезы

Когда вы несете сумки с покупками или продеваете нитку в игольное ушко, то используете мощные и точные хваты, которые стали частью нашей повседневной жизни. Мы осознаем, насколько важны и великолепны наши руки, только когда утрачиваем способность пользоваться ими, например, из-за квадриплегии ^[7] или таких заболеваний, как БАС, которые вызывают прогрессирующий паралич мышц.

Решение проблемы видится в нейропротезах ^[8]. Эти искусственные руки, кисти или ноги могли бы вернуть людям с ограниченными возможностями подвижность. Поврежденные нервные связи соединяются через интерфейсы мозг-компьютер, которые декодируют сигналы мозга ^[1], преобразуют их в движения и таким образом человек управляет протезом ^[9]. Однако до сих пор протезы рук не обладали мелкими моторными навыками для использования в повседневной жизни. Хотя протезы ног демонстрируют достаточно неплохую адаптивность для походки человека ^[10].

То, насколько хорошо работает протез, зависит в первую очередь от нейронных данных, считываемых компьютерным интерфейсом. Предыдущие исследования движений рук и кистей были сосредоточены на сигналах, которые управляют скоростью хватательного движения. Мы хотели выяснить, могут ли нейронные сигналы, описывающие положение рук, лучше справляться с управлением нейропротезами.

Андрес Агудело-Торо, первый автор исследования.

Ход исследования киберпротезов

Для исследования ученые работали с макаками-резусами (Macaca mulatta). Как и люди, они обладают высокоразвитой нервной и зрительной системой, а также выраженными мелкими моторными навыками. Это делает их особенно подходящими для исследования хватательных движений.

Для подготовки к основному эксперименту ученые обучили двух макак-резусов двигать рукой виртуального аватара на экране. Во время этой фазы обучения обезьяны выполняли движения руки собственной рукой, одновременно наблюдая за соответствующими движениями виртуальной руки на экране. Перчатка с магнитными датчиками, которую обезьяны носили во время задания, регистрировала движения руки животных и собирала данные.

После того, как обезьяны освоили задачу, их обучали управлять виртуальной рукой на этапе «воображаемого» хвата. Была измерена активность популяций нейронов в областях коры мозга ^[1], которые отвечают за управление движениями руки. Исследователи сосредоточились на сигналах, которые представляют различные положения руки и пальцев, и адаптировали алгоритм интерфейса мозг-компьютер, который преобразует нейронные данные в движение под соответствующий протокол.

Полученный результат для киберпротезирования

Отступая от классического протокола, мы адаптировали алгоритм так, чтобы была важна не только цель движения, но и то, как вы туда попадаете, т. е. путь выполнения. Это в конечном итоге привело к более точным результатам.

Андрес Агудело-Торо, первый автор исследования.

Затем исследователи сравнили движения руки аватара с данными реальной руки, которые они записали ранее, и смогли сопоставить точность.

В исследовании мы показали, что сигналы, которые управляют положением руки, особенно важны для управления нейропротезом. Эти результаты теперь можно использовать для улучшения функциональности будущих интерфейсов мозг-компьютер и, таким образом, для улучшения мелкой моторики нейропротезов.

Хансйорг Шербергер, руководитель лаборатории нейробиологии и старший автор исследования.

Как всегда, больше материалов про мозг ^[1], психику и сознание, особенности симбиоза человеческого сознания и нейросетей, тонкости улучшения работы мозга ^[1] – все это в нашем сообществе ^[4]. Тонкая грань между передовым краем науки и видимыми ожиданиями от технологического прогресса. Залетайте, чтобы не пропустить свежие материалы!