Паралізований чоловік навчився керувати віртуальним безпілотником силою думки

Як це працює

На перший погляд, це виглядає як звичайна відеогра, хоч і з застарілою графікою. Проте інноваційна система, яка за нею стоїть, може одного дня повернути фізичний контроль у життя людей з паралічем, повідомляє 24 Канал з посиланням на Nature Medicine.

Цей експеримент провели нейрохірурги зі Стенфордського та Браунського університетів. Вони імплантували мікроелектроди в мозок паралізованого учасника дослідження, підключивши його до комп'ютера для передачі електричного сигналу. За допомогою мікроелектродів піддослідний зміг керувати віртуальним безпілотником, проходячи смугу перешкод у вигляді відеогри, використовуючи лише свої думки. Це досягнення, як описано в дослідженні, опублікованому 20 січня, має важливе значення для того, щоб люди з паралічем могли насолоджуватися діяльністю, яка раніше була для них недоступна, і, можливо, одного дня відновити автономне пересування.

Ми розробили високопродуктивну систему інтерфейсу мозок-комп’ютер на основі пальців, яка дозволяє безперервно контролювати три [віртуальні] незалежні групи пальців, з яких великим пальцем можна керувати у двох вимірах, що забезпечує загалом чотири ступені свободи,
– йдеться в статті.

Хоча вчені вже більше десяти років використовують технологію "мозок-комп'ютер" для допомоги людям з паралічем, вона історично стикалася з проблемами при відтворенні складних рухів, таких як рухи пальців.

Учасник дослідження – 69-річний чоловік, який переніс травму спинного мозку, що призвела до тетраплегії, крайньої форми паралічу, яка вражає більшу частину тіла. Мікроелектроди були імплантовані в ліву прецентральну звивину – частину мозку, яка контролює рухи рук. На іншому кінці вони були фізично підключені до комп'ютера. Нейрохірурги попросили учасника спостерігати за рухами віртуальної руки, а потім за допомогою штучного інтелекту визначили електричну активність мозку, пов'язану з конкретними рухами.

Цей зв'язок дозволив системі штучного інтелекту передбачити бажані рухи пальців, навіть попри те, що учасник не може рухати ними фізично. Таким чином, інтерфейс між мозком і комп'ютером дозволив йому керувати рухами віртуальної руки за допомогою своїх думок. ШІ бачив активність у конкретних ділянках і розумів, що користувач хоче рухати відповідним пальцем.

Віртуальна рука була розділена на три сегменти, які можна було рухати вертикально і горизонтально, іноді одночасно: великий, вказівний і середній пальці, а також безіменний і мізинець.

Це більший ступінь функціональності, ніж будь-що, що раніше базувалося на рухах пальців,
– каже Метью Вілсі зі Стенфордського університету, який очолював дослідження.

Потренувавшись, учасник зміг використовувати цей мозково-комп'ютерний інтерфейс для управління рухом і швидкістю віртуального дрона на імітованій смузі перешкод, подібно до того, як люди без паралічу використовують ігрові контролери для гри у відеоігри.

Дивіться, як пацієнт керує віртуальним дроном за допомогою думки: відео

Інтерфейс приймає сигнали, створені в моторній корі мозку, які виникають, коли учасник намагається рухати пальцями. Потім він використовує штучну нейронну мережу для інтерпретації намірів керувати віртуальними пальцями в симуляції. На останньому етапі надсилається сигнал для керування віртуальним квадрокоптером.

Дональд Т. Авансіно зі Стенфордського університету, який також брав участь у дослідженні, розповів, що симуляція дрона не була випадковим вибором, оскільки "учасник дослідження мав пристрасть до польотів".

Альтернативи не такі хороші

Менш інвазивні підходи, включаючи електроенцефалографію (методику, яка вимірює електричну активність мозку без необхідності хірургічного втручання), раніше дозволяли пацієнтам з паралічем грати у відеоігри. Однак дослідники припускають, що контроль дрібної моторики краще досягається при більш тісній взаємодії з нейронами.

Вони зазначили, що їхній інтерфейс "мозок-комп'ютер" дозволив учаснику керувати дроном у шість разів точніше, ніж в аналогічному попередньому дослідженні, в якому використовувалася ЕЕГ.

Хоча можливість грати у відеоігри дозволяє пацієнтам з паралічем соціалізуватися та розширювати межі своєї діяльності, точне і вправне керування пристроями ще навіть близько не розкрило свій потенціал.

Маючи можливість рухати кількома віртуальними пальцями за допомогою мозкового контролю, ви можете мати багатофакторні схеми управління будь-якими речами,
– пояснює Джеймі М. Хендерсон зі Стенфордського університету.

Він додає, що це можна поширити практично на що завгодно – від роботи з програмним забезпеченням до написання музики. Іншими словами, така технологія може дозволити пацієнтам займатися широкою діяльністю, працювати, розважатися тощо.