211service.com
Beždžionė galvoja apie robotą
Dramatiškai demonstruodamas rankų protezavimo galimybes, Pitsburgo universiteto beždžionė sugebėjo panaudoti savo smegenis tiesiogiai valdyti roboto ranką ir maitinti save zefyru. Tyrimas, paskelbtas šiandien žurnale Gamta , yra pirmasis, parodantis, kad sąsaja, kuri smegenų signalus tiesiogiai paverčia veiksmu, yra pakankamai sudėtinga, kad galėtų atlikti praktinę funkciją: valgyti. Tyrėjai, kurie vadovavo darbui, ką tik pradėjo susijusių technologijų bandymus su žmonėmis.
Smegenų galia: Beždžionė, kurios smegenyse implantuota daugybė mažyčių elektrodų, savo mintimis valdo roboto ranką, sugriebia zefyro gabalėlį ir atsineša jį prie burnos. Galiausiai mokslininkai tikisi, kad tokio tipo smegenų mašinos sąsaja padės paralyžiuotiems žmonėms atlikti kasdienes užduotis, pavyzdžiui, maitintis arba valytis plaukus.
Tai pirmas kartas, kai beždžionė – ar žmogus – tiesiogiai, savo smegenimis, valdo tikrą rankos protezą, sakoma. Krišna Šenojaus , Stanfordo universiteto neurologas, kuris tyrime nedalyvavo.
Žmonės, kenčiantys nuo insulto, nugaros smegenų pažeidimo arba kai kurių neurodegeneracinių ligų, tokių kaip amiotrofinė šoninė sklerozė (ALS), dažnai būna paralyžiuoti. Tačiau jų smegenų žievės – smegenų dalys, kontroliuojančios judėjimą, planavimą ir kitas funkcijas – gali likti beveik nepažeistos. Mokslininkai tikisi tuo pasinaudoti kurdami smegenų mašinų sąsajas – įrenginius, kurie smegenų veiklą paverčia veiksmu, pavyzdžiui, žymeklio judėjimu kompiuterio ekrane.
Žmonės, kurie yra visiškai paralyžiuoti, dabar gali naudoti smegenų mašinų sąsajas, kurios neinvaziškai matuoja signalus, įrašytus iš galvos odos paviršiaus, tačiau prietaisai yra lėti ir jiems reikia nuolatinės koncentracijos. Norint sukurti protezą, kuris veiktų kaip tikra ranka – vartotojas galvoja apie rankos judinimą ir ji juda – greičiausiai reikės įrašyti elektrinį aktyvumą tiesiai iš smegenų.
Multimedija
Stebėkite, kaip beždžionė naudoja roboto ranką, kad pati maitintųsi.
Pamatykite, kaip beždžionė manipuliuoja roboto ranka, kad galėtų laižyti roboto ranką.
Pastaraisiais metais tai tapo įmanoma dėl mažų elektrodų matricų, naudojamų nerviniams signalams įrašyti, pažangos. Ankstesniuose tyrimuose, Johnas Donoghue'as ir jo kolegos iš Browno universiteto parodė, kad į paralyžiuoto žmogaus smegenis implantuotus elektrodus galima perkelti žymeklį kompiuterio ekrane ir netgi atlikti paprastą judesį su roboto ranka. Tačiau tie ir kiti tyrimai apsiribojo vienmačiais ar dvimačiais judesiais ir, išskyrus keletą atvejų, kai buvo naudojama mechaninė ranka arba griebtuvas, buvo atliekami virtualiai, ekrane.
Naujausiame tyrime, kuriam vadovavo neurologas Andrius Švarcas Pitsburgo universitete beždžionė sugebėjo atlikti sudėtingesnę užduotį. Andy žengė dar vieną žingsnį į praktišką įrenginį, kuris galėtų būti naudingas realiame pasaulyje, sako Jonas Kalaska , Monrealio universiteto Kanadoje neurologas, parašė komentarą kartu su publikacija. Gyvūnas gali paprasčiausiai, atlikdamas tam tikrą psichinę praktiką, priversti robotą pajudėti link to, kur yra [maistas], uždaryti ranką, grąžinti ją prie burnos ir leisti valgyti.
Kad pasiektų šį žygdarbį, dvi beždžionės turėjo mikroelektrodų tinklelį, implantuotą į motorinę žievę – smegenų dalį, kuri kontroliuoja motorinį planavimą ir vykdymą. Gyvūnai anksčiau buvo mokomi judinti antropomorfinę roboto ranką su judančiais pečių, alkūnių ir riešo sąnariais, naudojant vairasvirtę. Kad išmoktų valdyti protezą protu, beždžionėms buvo laikinai suvaržytos rankos, kai jos stebėjo, kaip kompiuteris judina ranką reikiamais judesiais – ištiesdavo ranką iki maisto gabalėlio, suimdavo jį, prinešdavo prie burnos ir paleisk jį. Jie įsivaizduoja, kad atlieka užduotį, kaip tai daro sportininkai sportuodami, sako Schwartzas. Neuronai yra aktyvūs, kai stebi judėjimą, ir tada mes galime užfiksuoti [neuroninius signalus] ir panaudoti juos savo kontrolei.
Schwartzas ir jo komanda naudojo gana paprastus algoritmus, kad iššifruotų stebėjimo fazės metu užfiksuotus neuroninės veiklos modelius, o vėliau naudojo šią informaciją roboto rankai valdyti realiu laiku. (Mokslininkai gali nustatyti numatomo judėjimo kryptį ir greitį iš neuronų ansamblių aktyvumo motorinėje žievėje: specifinių ląstelių kolekcijų aktyvumas rodo kryptį, o bendro signalo amplitudė – greitį.)
Vos po dviejų dienų treniruočių beždžionės išmoko valdyti ranką trimis matmenimis ir valdyti griebtuvą, esantį gale, kuris veikia kaip ranka. Gyvūnai netgi išmoko naudoti ranką taip, kaip nebuvo mokomi: pridedamame vaizdo įraše parodyta, kaip gyvūnas ranka įstumia maisto gabalėlį į burną. Antrame vaizdo įraše beždžionė grąžina griebtuvą prie burnos ir jį laižo, nekreipdama dėmesio į kitą maisto gabalėlį. Jis taip gerai moka naudoti įrankį, kad gali galvoti apie tai kaip apie savo kūno dalį, sako Schwartzas. Treniruočių procesą jis lygina su mokymusi valdyti kompiuterio žymeklį pele. Po tam tikro mokymosi laikotarpio jūs negalvojate apie tai, kaip turite suaktyvinti smiliaus raumenį, kad paspaustumėte kairįjį pelės mygtuką, sako jis. Tokiu būdu įkūnijote žymeklį ekrane.
Schwartzas ir jo bendradarbiai dabar išbando technologiją su žmonėmis. Pirmasis bandymas, pradėtas tik praėjusią savaitę, buvo atliktas epilepsija sergančiam pacientui, kuriam atliekamas diagnostinis tyrimas, žinomas kaip elektrokortikografija, kurio metu ant smegenų paviršiaus chirurginiu būdu uždedami elektrodai, siekiant nustatyti priepuolių šaltinį. Paviršiaus elektrodai yra tikslesni nei neinvaziniai galvos odos įrašai ir yra mažiau invaziniai nei elektrodai, implantuoti į smegenis, nors jie suteikia grubesnį kontrolės lygį. Mokslininkai atsižvelgs į tą diagnostinį testą ir bandys naudoti iš elektrodų įrašytus signalus kompiuterio programai valdyti.
Jei pasiseks, mokslininkai pradės išbandyti technologiją ALS sergantiems pacientams. Šios ligos pabaigoje pacientai yra visiškai paralyžiuoti; smegenų valdoma kompiuterinė programa galėtų padėti jiems atlikti pagrindinius dalykus, pavyzdžiui, parašyti el. Manome, kad tai galėtų suteikti jiems greitesnį nei esami metodai bendrauti su kitais būdą, sako Schwartzas. Tikimės, kad pavyks sukurti sąsają vidutiniam spausdinimo greičiui, maždaug 30–40 žodžių per minutę.
Tyrėjai per ateinančius dvejus metus siekia išbandyti visiškai implantuotus elektrodus, tokius kaip beždžionėms roboto rankai valdyti. Tikiuosi, kad su žmonėmis galėsiu daug geriau valdyti, sako Schwartzas. Jis sako, kad ne tik lengviau treniruojami, bet ir gali paaiškinti, kas yra sunku arba ką reikia tobulinti.
Net jei tie testai yra sėkmingi, išlieka didelių kliūčių prieš tokius prietaisus įprastai naudoti pacientams. Šiuo metu naudojami elektrodai nėra idealūs ilgalaikiam įrašymui: laikui bėgant signalai blogėja. Ir visa sistema galiausiai turės būti nešiojama ir bevielė arba bent jau patogi vartotojui. Schwartzas sako, kad tai turi būti pakankamai paprasta, kad pacientai galėtų treniruotis bet kada, kai nori, o ne į namus atvyktų technikas ir sumontuotų sudėtingą įrangą. Tikimės, kad elektrodų matricos bus patobulintos – nuo bioaktyvių dangų iki telemetrijos. Per dvejus metus daug to turėtų atsirasti.