Новости

26 сентября 2002 г

Сила мыслей

Возможно, в не столь отдаленном будущем люди, страдающие заболеваниями нервов или конечностей, смогут управлять инвалидными колясками, протезами и даже, может быть, собственными парализованными руками и ногами, с помощью мысленных команд.

Весной 2000 года в США под руководством американских ученых-нейропсихологов Мигеля Николелиса и Джона Чейпина был проведен интересный эксперимент. В специальную камеру с видеоэкраном в лаборатории университета Дьюк поместили предварительно натренированную обезьяну. В правой лапке она держала джойстик, и когда на экране появлялась вспышка света, обезьяна поворачивала в эту сторону джойстик, и специальный распределитель награждал ее каплей фруктового сока. На обезьяну был одет специальный шлем с четырьмя пластиковыми разъемами, к которым были подсоединены сотни очень тонких микропроводов, вживленных в ту область головного мозга обезьяны, которая отвечает за движения, посылая двигательные Lинструкции¦ конечностям через нервные клетки спинного мозга. К каждому двигательному нейрону мозга было подключено по 100 микропроводов. Когда нейрон производил электрический заряд v Lпобуждение к действию¦ - микропровода передавали этот заряд на специальный электронный прибор, подсоединенный к двум компьютерам v одному в соседней комнате, а другому в шести тысячах миль от университета. К каждому из компьютеров был подключен механический манипулятор v роботизированная Lрука¦. Когда обезьянка видела пятна света на экране, в ее мозгу возникали Lпобуждения к действию¦ - передвинуть джойстик. Прибор, разработанный Николелисом и Чейпином, анализировал электрические сигналы, исходящие от мозга обезьяны, и передавал на компьютер, который преобразовывал их в Lинструкции¦ манипулятору. В результате роботизированные руки совершали те же движения, что и лапка обезьяны. Причем мозговая активность животного переводилась в указания для робота всего за 300 миллисекунд v примерно столько же времени нужно для передачи нервного импульса от мозга к мышцам конечностей обезьянки. Успех эксперимента привел ученых к выводу, что если мозговые Lкоманды¦ живого существа могут управлять роботом-манипулятором, то вполне возможно, что и человек смог бы Lумственно¦ управлять механическими устройствами или даже парализованными конечностями.

За следующие два года наука добилась еще большего прогресса в нейропсихологии, микроэлектронике и робототехнике, и после экспериментов с крысами и обезьянами, исследователи разработали методику, позволяющую людям мысленно заставлять механические электронные машины выполнять определенные действия. Цель таких исследований v вернуть инвалидам способность управлять, как максимум, своими нефункционирующими конечностями, а как минимум - механическими протезами. Ученые надеются, что так называемые нейропротезы помогут вернуть таким людям двигательную активность.

Первые успехи в изучении взаимодействия мозга и механизмов были достигнуты около двадцати лет назад, когда А. Георгопулосу из университета Джонс Хопкинс удалось зафиксировать электрическую активность отдельных Lдвигательных¦ нейронов коры головного мозга обезьян. Он обнаружил, что нервные клетки проявляли наибольшую активность, когда обезьяна двигала лапкой в определенном направлении. Дальнейшим достижениям в этой области способствовала разработка американскими учеными электродов, содержащих стальные микропровода со специальным покрытием, которые можно было бы вживлять в мозг. Эти электроды обеспечивали надежную запись сигналов мозга животных, что позволило начать разработку систем преобразования этих сигналов в команды, которые могли бы управлять механическими устройствами. Кроме того, был разработан так называемый Lящик Харви¦ v первый электронный прибор, который мог бы отфильтровывать и усиливать нервные импульсы с нескольких электродов. Изучать электрическую активность мозга помогало специальное программное обеспечение.

Используя последние разработки, М. Николелис и Дж. Чейпин провели в середине девяностых серию экспериментов, в ходе которых им удалось научить крысу Lмысленно¦ управлять простым механизмом. Сначала крысу приучили нажимать передними лапками на планку, соединенную с рычагом. Когда крыса нажимала на планку, рычаг опускался, и в поилку крысы наливалась вода. К мозгу крысы были подключены электроды. Каждый раз, когда крыса нажимала на планку, электрические сигналы от ее мозга поступали по электродам к специальному прибору (так называемому интегратору), который обрабатывал эти данные и преобразовывал их в аналоговый сигнал, позволяющий моделировать траекторию движения конечностей крысы.

На определенном этапе эксперимента исследователи отсоединили рычагу от планки и подключили его к интегратору. Теперь, когда крыса нажимала на планку, рычаг оставался недвижим. Но рычаг двигался, когда крыса, так сказать, представляла себе, что она нажимает лапками на планку, рычаг опускался и вода наливалась в поилку. В этом случае такой же набор нервных импульсов, как и при нажатии, поступал в интегратор, который двигал рычаг. Со временем крыса стала понимать, что она уже может не нажимать на планку, а только Lдумать¦ об этом - и в поилке появится вода. Таким же образом человек с травмированной или больной рукой мог бы управлять механическим протезом.

Воодушевленные успехом эксперимента с крысой, Николелис и Чейпин пошли дальше. В опытах с обезьянами они попытались воспроизвести более сложные трехмерные движения конечности обезьяны с помощью роботизированной руки. Вышеупомянутый эксперимент с джойстиком и видеоэкраном удался. В ходе него компьютер получал и обрабатывал данные всего от 50 v 100 нейронов мозга из десятков миллионов, участвовавших в процессе v и этого было достаточно для более-менее адекватного управления движениями робота-манипулятора. Позже математический анализ показал, что точность движения робота меняется в зависимости от количества нейронов, от которых передаются импульсы. При подключении к 100 нейронам, точность воспроизведения траектории движения лапки обезьяны роботом составляла около 70 %, а когда таких нейронов было 500 v 700, достигалось 95-процентное соответствие. По оценкам ученых, количество нейронов, необходимых для полностью точных трехмерных движений не должно быть намного больше.

В мае 2001 года во всем том же университете Дьюк начали серию экспериментов с макаками, имеющими более сложное строение мозга. Главное отличие новых опытов было в том, что теперь обезьяна могла видеть результат своих действий: с помощью джойстика она должна была попасть курсором в круглую мишень на экране. При точном попадании обезьянка награждалась порцией фруктового сока. Нервные волокна макак были по микропроводам подключены к компьютеру, который принимал импульсы и соответственно перемещал по экрану курсор.

Наибольших успехов в попадании курсором по мишеням достигла макака по кличке Аврора. Когда у это у нее стало достаточно хорошо получаться, исследователи усложнили задачу: в каждом третьем случае джойстик отключали от компьютера. Теперь, чтобы быстро переместить курсор на мишень, Аврора могла полагаться только на свою Lумственную¦ активность. Сначала обезьяна была в замешательстве, но постепенно стала менять свою тактику, и через несколько недель уже могла передвигать курсор лишь Lподумав¦ о том, какой должна быть его траектория, то есть за счет нервных импульсов.

После очередного успеха Николелис и Чейпин планируют испытать Аврору в более сложных заданиях. Они модифицировали интерфейс мозга и машины так, чтобы обезьяна могла получать осязательную отдачу от своих Lмысленных¦ действий. Мозг обезьяны с помощью электроники будет связан с роботизированной рукой, оснащенной специальными сенсорами, а на лапу обезьяны будет приклеена вибрирующая Lзаплатка¦. Когда манипулятор нащупает какой-либо предмет, от сенсоров на Lзаплатку¦ по микропроводам будет поступать осязательная информация о том, тяжелый этот предмет или легкий, скользкий или липкий. Различная частота вибрации будет подсказывать Авроре, какое усилие должен приложить манипулятор, чтобы поднять и передать ей фрукт. Другими словами Аврора должна будет воспринимать роботизированную руку как свою собственную конечность. В случае успеха этот эксперимент может стать доказательством того, что люди с парализованными конечностями смогут вернуть себе часть двигательной активности с помощью имплантированных в мозг и конечности модулей, которые будут сообщаться между собой по проводам или радиоволнам.

Несмотря на последние достижения, ученым еще нужно решить массу технических проблем для того, чтобы сделать взаимодействие мозга и механизма безопасным, надежным и эффективным терапевтическим средством. Эта технология должна пройти серьезные медицинские испытания, и доказать, что она может помочь инвалидам, и при этом не нанести вреда нервной системе. Медики, как и пациенты, будут всегда с опаской относиться к имплантации электродов в мозг. Еще предстоит удостовериться в том, что эти электроды смогут надежно работать и при этом не занести инфекцию или не причинить разрушение тканей. Кроме того, электроника и источники питания должны быть значительно миниатюризированы.

Тем не менее, исследователи верят, что, пусть даже через десять лет, люди смогут пользоваться надежными и эффективными нейропротезами.

версия для печати

SMS

Сообщите коллегам о последних новостях, пресс-релизах и сведениях из Каталога компаний через наш SMS-гейт.

Смотрите также

18 октября 2013 г

 • Fujifilm XQ1: компактная камера Х-серии
 • Обновление Kaspersky Security для SharePoint Server
 • Fujifilm X-E2: эволюция легендарной X-E1
 • UserGate Web Filter с глубоким анализом контента

17 октября 2013 г

 • Обрано оператора домену .УКР
 • Android-троянец скрывается от антивирусов, используя очередную уязвимость
 • Розетка, которая всегда под рукой
 • "Яндекс" выяснил, что украинцы ищут о свадьбе
 • Седьмая версия продуктов ESET NOD32 Antivirus и ESET Smart Security
 • МТС снижает стоимость мобильного Интернета в роуминге
 • Ультратонкий внешний накопитель ADATA Dash Drive Elite SE720
 • Объективы Sony с байонетом E для полнокадровой матрицы

16 октября 2013 г

 • Philips открывает путь к хирургии для Google Glass
 • Нові зміни в складі членів ІнАУ
 • Киевстар приглашает студентов на стажировку
 • «Лаборатория Касперского» совершенствует защиту для мобильных устройств
 • Autodesk приобретает технологии Graitec по проектированию конструкций

15 октября 2013 г

 • Mio Technology заключила договор с компанией «Навигатор»
 • Horizon – платформа браузерных расширений для операторов мобильной связи
 • В Харькове открылся крупнейший датацентр в Восточной Украине «Onehostpower»