Комп`ютерно-мозкової інтерфейс: дії силою думки

Відео: Управляти вертольотом стало можливо лише силою думки

Дослідники з університету Вашингтона продемонстрували, що при використанні технології, званої комп`ютерно-мозковим інтерфейсом, мозок поводиться так само, як при виконанні найпростіших рухових операцій, на кшталт удару по м`ячу, друку або помаху руками.

Навик управляти протезами кінцівок може стати другою натурою для паралізованих людей.

«У цих завданнях до вдосконалення веде постійна практика», вважає професор комп`ютерних наук Раджеш Рао (Rajesh Rao). «Спочатку потрібні великі зусилля когнітивних здібностей мозку, але з практикою і ростом досвіду потреба в їх напрузі стає все менше».

Рао і його колега Джеффрі Кьюманн (Jeffrey Ojemann), професор нейробіологічної хірургії, спільно з докторантом Джеремі Вондер (Jeremiah Wander) 10 червня опублікували результати своєї роботи в журналі «Праці Національної академії наук» (Proceedings of the National Academy of Sciences).

У цьому дослідженні сім чоловік з важкої епілепсію були госпіталізовані для процедури моніторингу, метою якої було встановлення джерел припадків. Для цього лікарям довелося просвердлити череп і помістити крихітний лист електродів прямо на поверхню мозку. Вступники на електроди сигнали записувалися і вивчалися.

Пацієнтів просили посувати курсором миші на екрані монітора, використовуючи для цього тільки свої думки. Електроди вловлювали генеруються при цьому сигнали, посилали їх на підсилювач, потім на ноутбук для аналізу. Протягом сорока мілісекунд комп`ютер обчислював наміри пацієнта, закодовані в сигналі мозку, і оновлював положення курсору на екрані.

Медики встановили, що при виконанні такого завдання значна частина активності мозку сфокусована в префронтальної корі, області, що відповідає за отримання нових знань і навичок. Після всього десяти хвилин фронтальна мозкова активність зменшувалася і сигнали перетворювалися в такі ж, які спостерігаються при автоматичному виконанні звичних дій.

«Тепер ми володіємо маркером мозку, який показує, що пацієнт вивчив свою задачу», пояснює Кьюманн. «Як тільки сигнал слабшає до певної міри, процес засвоєння можна вважати завершеним».

Хоча дослідники вже демонстрували успішне використання комп`ютерно-мозкового інтерфейсу в дослідах з мавпами і людьми, це перший досвід з маркуванням неврологічних сигналів мозку. Дослідники не очікували, що в цьому процесі задіяно стільки ділянок мозку.

«Ми отримали масштабну картину того, що відбувається мозку при вивченні їм того чи іншого завдання», говорить Рао. «Несподіваним результатом стало те, що навіть при невеликій кількості порушених електродами клітин мозку його робота активує безліч різних ділянок, які не залучених безпосередньо в виконувану роботу».

Розроблені та протестовані були кілька типів інтерфейсу. Найменш інвазивним є пристрій, що поміщається на голову і вловлюють слабкі сигнали мозкової активності. Є також розробка комерційного продукту для ігрових пріставок- вона поки не дуже надійна з тієї причини, що моргання очей і інші рухи м`язів виробляють сигнали-перешкоди.

Більш инвазивная альтернатива є електроди, що поміщаються хірургічним шляхом в тканини мозку для запису активності індивідуальних нейронів. Дослідники з університету Брауна і Піттсбурга перевірили його роботу на пацієнтах, які втратили здатність рухати кінцівками. За допомогою інтерфейсу вони змогли навчитися використовувати протези завдяки розумової активності.

Команда з університету Вашингтона, як уже було згадано, тестувала пристрій з електродами, поміщеними на поверхню мозку. Це дало можливість записувати сигнали на більш високих частотах і з меншими перешкодами, ніж в порівнянні з зовнішнім приладом. Майбутнє бездротовий пристрій зможе довше перебувати всередині голови, передаючи назовні контролюючий сигнал.

«Наша робота покликана стати ще одним кроком на шляху удосконалення пристроїв, що полегшують життя людям з паралічем. Досліджуючи реакцію мозку при навчанні роботі з ними, в майбутньому можна створити ще більш зручні та функціональні моделі ».