Группа исследователей из университета Дюка (Duke University) во главе с Мигелем Николелисом успешно завершила серию экспериментов и разработку новой версии интерфейса BMI, позволяющей обезьяне управлять инвалидным креслом используя силу мысли.

Научный мир отлично запомнил 2011 — 2013-й годы, когда в ходе исследований под руководством всемирно известного ученого и философа профессора Мигеля Николелиса (Miguel Nicolelis) из Университета Дюка, проводимых с приматами, ученым удалось обучить обезьян проявлять активность и реагировать на изменения в условиях виртуальной реальности. После вживления в мозг животного специальных имплантатов впервые в истории человечества был получен функционирующий двунаправленный интерфейс мозг-машина (brain-machine-brain interface, BMBI) и реализовано двустороннее взаимодействие между мозгом примата и виртуальной средой. При этом возможности реализованной технологии позволили аватарам обезьян не просто управлять виртуальной средой, но и оценивать и реагировать на формируемую ею информацию. На уровне опыта с обезьянами организация канала такой обратной связи позволила им ощутить каковы на ощупь предметы виртуального мира.

Целенаправленные тренировки со временем обучили обезьян достаточно уверенно управлять своим виртуальным аватаром при помощи мыслей при полном отсутствии любых движений физического тела. В виртуальном пространстве обезьяний аватар научился садиться на пол, нащупывать предметы, осуществлять выбор предметов с определенной текстурой поверхности, которая была задана посредством простой комбинации электрических сигналов определенной конфигурации, передаваемых в мозг животного.

Изучение возможностей мозга управлять компьютерами посредством мысли в последнее время рассматривается учеными как одно из приоритетных и самых перспективных направлений. Результаты многогранных исследований на стыке нейробиологии, микроэлектроники и робототехники легли в основу создания различных типов прямого интерфейса мозг-компьютер (Brain-Machine Interface, BMI). Именно они, по замыслу ученых, позволят реализовать давнюю мечту человека — эффективно передавать мысли и управлять не живыми объектами и информацией на расстоянии, используя эту способность в самых разных областях: от медицины — до процессов всестороннего сверхинтенсивного обучения. Особое значение возможность такого мысленного управления приобретает для людей с полностью или частично ограниченными двигательными возможностями.

Один из уже апробированных способов организовать канал связи в пределах интерфейса BMI — задействовать возможности неинвазивной технологии электроэнцефалогарфии (EEG). В этом случае обмен полезной информацией осуществляется посредством специальных головных уборов, нашпигованных электрическими датчиками и позволяющих считать сигналы нервной деятельности мозга в режиме реального времени, расшифровать их и, закодировав в понятном машине виде, передать в качестве управляющей команды.

Вместе с тем, такой подход как ЭЭГ на данном этапе для полностью парализованного человека с тяжелой формой инвалидности, который не в состоянии даже моргнуть — считает Мигель Николелис, — связан с рядом технологических ограничений и может рассматриваться сегодня лишь как перспективный.

С учетом специфического состояния парализованного человека специалисты из Университета Дюка, как и в случае с опытами над приматами, описанными выше, предложили рассмотреть в качестве значительно более эффективной альтернативы метод инвазивной коррекции, путем внедрения специальных внутричерепных имплантатов, обеспечивающих прямое, направленное и точное считывание ретранслируемых сигналов.

Имплантат, разработанный в лаборатории Мигеля Николесиса принципиально отличается от всего того, что было предложено ранее. Представляя собой своеобразную матрицу электродов, он состоит из сотен микронитей, толщиной меньше человеческого волоса. Процесс вживления предполагает установку имплантата на предмоторной и соматосенсорной областях мозга, откуда и снимаются впоследствии нужные сигналы. Именно таким способом имплантаты были вживлены в мозг двух тестируемых обезьян.

Следует отметить, что первые работы в этом направлении были начаты еще в 2012 году и группе ученых под руководством того же профессора Николелиса тогда удалось обучить обезьян ездить к миске с кормом на велосипеде. За минувшее время дорабатывалась не только сама технология. Значительные изменения коснулись и программного обеспечения, позволяющего перекодировать сигналы мозга в привычные для компьютера инвалидного кресла цифровые команды.

Интересно, что те же обезьяны, уже обученные ранее мысленному управлению велосипедом, пересев в кресло тут же адаптировались к новой ситуации. Им было достаточно лишь подумать о миске впереди и кресло начинало свое движение. Разумеется, самый короткий маршрут был отобран не сразу — приматам пришлось какое-то время попетлять по слегка искривленной траектории. Но уже совсем скоро после начала новой серии экспериментов животные сумели оптимизировать маршрут и сократить время и расстояние на пути к цели.

Анализируя накопленные в результате экспериментов результаты, ученые пришли к удивительному выводу: сигналы, связанные с оценкой расстояния до миски с кормом в начале и конце эксперимента кардинально отличались. «Это означает, — сказал Николелис, — что мозг обезьяны ассимилировал полученный опыт и сделал необходимые выводы, что свидетельствует о гибкости мозга и его способности приспосабливаться к окружающим переменам в очень широких пределах и в сжатые сроки».

На сегодняшний день ученые научились фиксировать, обрабатывать и эффективно использовать сигналы, посылаемые не более чем 300-стами отдельными нейронами. Изначально один имплантат рассчитан на безопасное и эффективное считывание сигналов с 2 тысяч нейронов. В настоящее время группа Мигеля Николесиса работает над тем, чтобы дополнить информационный вакуум за счет более эффективного использования незадействованных резервов. В свою очередь, рост числа нейронов, участвующих в обмене информацией позволит кардинально улучшить точность обработки сигнала в рассматриваемой системе управления BMI.

Подробнее с выкладкой