Wrażenia dotykowe z komputera prosto do mózgu

Wirtualne ramię reaguje na wirtualną fakturę przedmiotów wyświetlanych na monitorze. Za dwa-trzy lata zbudujemy egzoszkielet wrażliwy na dotyk dla całkowicie sparaliżowanych osób - zapowiadają naukowcy

W najnowszym numerze magazynu „Nature” zespół naukowców i lekarzy z amerykańskiego Duke University opisał ekscytujący eksperyment. Małpa z mózgiem podłączonym do komputera nie tylko myślami poruszała wirtualnym ramieniem na monitorze, ale także odbierała wrażenia dotykowe - fakturę wirtualnych przedmiotów.

- W niedalekiej przyszłości sparaliżowani pacjenci będą mogli używać tej technologii nie tylko do poruszania ramionami i chodzenia. Dzięki specjalnemu zrobotyzowanemu egzoszkieletowi będą także mogli wyczuwać fakturę dotykanych przedmiotów i podłoża, po którym się poruszają - cieszy się prof. Miguel Nicolelis, szef zespołu badaczy.

Eksperyment w Laboratorium Nicolelisa polegał na tym, że małpy z elektrodami wszczepionymi do mózgu nauczono kontrolować wirtualną protezę - ramię wyświetlane na ekranie - i dotykać pojawiających się tam przedmiotów. Wyświetlane przedmioty były jednak wizualnie identyczne, różniły się tylko dzięki sygnałom transmitowanym do obszarów mózgu odpowiedzialnych za dotyk. W ten sposób zwierzęta rozróżniały wirtualne obiekty ze względu na ich zaprogramowaną fakturę.

W ćwiczeniach polegających na wskazaniu określonego przedmiotu, okazało się, że małpy szybko nauczyły się je rozpoznawać „na dotyk”.

- To pierwszy dwukierunkowy interfejs mózg-maszyna, który zarówno porusza protezą (wirtualnym ramieniem) za pomocą poleceń mózgu i odbiera zwrotne bodźce dotykowe z protezy dzięki mikrostymulacji kory mózgowej - komentuje dla magazynu Next dr Mikhail Lebedev z Laboratorium Nicolelisa, jeden z autorów pracy.

- Interfejsy mózg-maszyna dzięki rejestracji aktywności komórek nerwowych w mózgu pozwalają na nawiązanie bezpośredniej łączności z zewnętrznymi urządzeniami takimi jak mechaniczne protezy. Mamy nadzieję, że takie interfejsy będą przydatne w przywracaniu normalnych funkcji motorycznych u ludzi sparaliżowanych. Jednak do tej pory ta technologia pozbawiona była doznań dotykowych - wyjaśnia prof. Nicolelis na łamach „Nature”.

Małpy miały za zadanie aktywnie badać sztuczne obiekty stworzone w pamięci komputera. Do tego służyła im wirtualna proteza. Gdy dotykały zauważonych przedmiotów, do ich mózgów docierały impulsy dotykowe. Dzięki odpowiednim zadaniom, których nauczono małpy, naukowcy mogli potwierdzić, że wygenerowane przez komputer wrażenia faktury wirtualnych obiektów rzeczywiście są przez zwierzęta odbierane i rozróżniane.

- Taka interakcja między mózgiem a komputerowym awatarem była całkowicie niezależna od fizycznego ciała zwierzęcia. Zwierzęta nie poruszały swoimi rzeczywistymi ramionami czy dłońmi, ani nie używały swojej prawdziwej skóry do dotykania przedmiotów i identyfikowania ich tekstury. To niemal tak, jakbyśmy stworzyli nowy kanał - nowy zmysł, za pomocą którego mózg przetwarza informacje, których nie może uzyskać z prawdziwego ciała i prawdziwych nerwów dotykowych - dodaje uczony.

Poznawanie dotykiem światów stworzonych w komputerze to jedno z obiecujących zastosowań nowej technologii. Ale na wirtualnych protezach zespół z Duke University nie zamierza poprzestać. Już wcześniej badacze łączyli mózgi cyborgicznych małp ze zrobotyzowanymi ramionami. W niedalekiej przyszłości zamierzają zbudować cały egzoszkielet, który uniesie sparaliżowanego pacjenta, pozwalając mu na nowo chodzić i poruszać przedmiotami.

Tworzone dziś egzoszkielety są wciąż dość nieporadne i zwykle wymagają sterowania jakimś joystickiem (np. "sztuczne nogi" zamiast wózka dla osoby częściowo sparaliżowanej) albo wręcz - sprawnymi kończynami (żołnierze używają egzoszkieletów do przenoszenia ciężkiego sprzętu). Zrobotyzowane kończyny sterowane myślami to zupełnie inna jakość.

Zmysł dotyku jest niezbędny, by taka maszyneria działała poprawnie. Zdrowi ludzie przecież poruszają się nie tylko zdając się na zmysł wzroku. Bardzo ważne są impulsy dotykowe płynące z naszych nóg i sygnalizujące nachylenie podłoża, przyczepność i rozmaite przeszkody. A że zmysł dotyku i w rękach ma zastosowanie, nie trzeba chyba wyjaśniać.

Na uroczystość otwarcia Mistrzostw Świata w Piłce Nożnej w Brazylii w 2014 roku prof. Nicolelis (Brazylijczyk i wielki fan futbolu) zapowiada pokaz w pełni funkcjonalnego egzoszkieletu.

prof. Miguel Nicolelis / Duke University Medical Center

Więcej o: