Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) научились прогнозировать траекторию движения руки на основе сигналов коры головного мозга. В работе авторы использовали относительно простые линейные модели, которые, в отличие от нейросетей, не требуют больших объемов памяти и вычислений. Благодаря этому процессор можно совместить с датчиком и расположить его прямо в черепной коробке. Разработка поможет создать полноценный экзоскелет, например, для парализованных людей. Работа опубликована в журнале Expert Systems with Applications.

При повреждении спинного мозга сигналы, которые посылает головной мозг для управления конечностями, не доходят до мышц, поэтому человек уже не может двигаться самостоятельно. В таком случае с помощью специальных датчиков можно уловить сигналы головного мозга и передавать их на экзоскелет, вернув человеку способность управлять собственным телом. Зафиксировать и распознать сигналы головного мозга не так сложно, гораздо тяжелее научить искусственные конечности выполнять соответствующие действия. Ученые из МФТИ научились прогнозировать траекторию движения руки по сигналам коры головного мозга.

«В своей работе для прогнозирования траектории движения конечности мы обратились к линейной алгебре. Мы предпочли линейные модели нейросетям, поскольку параметры линейной модели оптимизируются за существенно меньшее число операций. Мы решали задачу построения такой модели, которая была бы проста, устойчива и точна. Поэтому мы прогнозируем траекторию движения конечностей как линейную комбинацию признаковых описаний электрокортикограммы», — рассказывает главный научный сотрудник МФТИ Вадим Стрижов.

Для того, чтобы добиться лучшего качества сигнала, физики установили считывающий датчик прямо на поверхность коры головного мозга. Он питается от компактной батарейки c беспроводной зарядкой. В нем есть процессор, обрабатывающий сигналы датчика, и радиопередатчик, передающий результаты обработки. Историю изменения сигнала авторы исследования представили в виде временного ряда. Чтобы составить прогноз траектории движения руки, нужно решить систему линейных уравнений, полученных из элементов этого временного ряда.