Цікаве дослідження опублікували в журналі Scientific Reports — вчені з Університету Міннесоти зробили значний прорив, який дозволяє керувати роботизованою рукою, використовуючи лише силу власних думок. Дане дослідження має великий потенціал, що зможе допомогти мільйонам людей, які паралізовані або мають нейродегенеративні захворювання. “Це єдиний у світі випадок керування роботизованою рукою для схоплення об’єкта у складному тривимірному просторі. Для цього люди використовують тільки власні думки, без встановлення імплантів у головний мозок, — зазначає Bin He, професор біомедичної інженерії Університету Міннесоти і провідний експерт цього дослідження. — Просто уявляючи рухи власною рукою, можна керувати роботизованою кінцівкою.”
Принцип роботи приладу
За основу взятий неінвазивний метод дослідження, відомий як електроенцефалографія (ЕЕГ). Інтерфейс “мозок-комп’ютер” записує слабку електричну активність мозку випробовуваних за допомогою спеціалізованого високотехнологічного ЕЕГ-шолома з 64 електродами і перетворює “думки” в дію, шляхом передової обробки сигналів і машинного навчання. Вісім здорових людей завершили експериментальні завдання із вдягненими ЕЕГ-шоломами. Піддослідні навчилися уявляти рухи власними руками не переміщуючи їх, щоб керувати роботизованою рукою у просторі. Вони почали вчитися керувати віртуальним курсором на екрані комп’ютера, а згодом управляти роботизованою рукою. Спершу треба було дотягнутися до предмета, який знаходиться на столі, й схопити його. Зрештою, вони були в змозі рухати роботизованою рукою, щоб брати об’єкти, які знаходилися у випадкових місцях на столі, і переміщати їх на 3-х ярусну поличку, лише думаючи про ці рухи. Усі піддослідні могли використовувати роботизовану руку для забирання об’єктів з фіксованих місць на столі з середньою ймовірністю успіху вище 80 відсотків, а переміщати об’єкти зі столу на полицю із середньою ймовірністю успіху вище 70 відсотків. “Дуже цікаво, що всі піддослідні виконали завдання з використанням абсолютно неінвазивного методу. Це дослідження у перспективі може допомогти людям стати більш незалежними, не вдаючись до хірургічних імплантатів,” — каже Bin He. За словами дослідників, технологія інтерфейсу “мозок-комп’ютер” працює на знаннях про розміщення моторної кори — області мозку, яка відповідальна за рух. Коли людина рухається, або думає про рух, нейрони в моторній корі виробляють крихітні електричні струми. Думки про різні рухи активують нову групу нейронів. Цей феномен підтверджений шляхом перехресної перевірки з використанням функціонального МРТ. Сортування цих груп нейронів з використанням передової технології обробки сигналу заклало основу для інтерфейсу “мозок-комп’ютер”, який використовується дослідниками в Університеті Міннесоти. Дослідження роботизованої руки засновані на дослідах Bin He, які були опубліковані 3 роки тому, де піддослідні повинні були керувати маленьким квадрокоптером за допомогою неінвазивної технології ЕЕГ. “Три роки тому ми не були впевнені, що можна рухати більш складну роботизовану руку, щоб схопити та перемістити предмети, використовуючи для цього технологію інтерфейс “мозок-комп’ютер”, навіть не думали, що це може бути досягнуто, — зазначив дослідник. — Ми приємно здивовані, що метод працював у групи людей, і вони мали високий ступінь успіху.”
Перспективи
Професор чекає на наступний етап досліджень, де буде далі розвивати цю технологію інтерфейсу “мозок-комп’ютер”. На наступному етапі він хоче випробувати керування роботизованим протезом кінцівки, під’єднаного до тіла пацієнта, що переніс інсульт або був паралізованим на певному етапі життя. На додаток професор Bin He є також директором Інституту з інженерних наук в області медицини Університету Міннесоти. Дослідницька група включає в себе біомедичного інженера Jianjun Meng (перший автор), аспіранта Bryan Baxter, а також Angeliki Bekyo, Shuying Zhang та Jaron Olsoe. Університет Міннесоти фінансується Національним науковим фондом (NSF), Національним центром комплементарної та інтегративної охорони здоров’я, Національним інститутом біомедичної візуалізації та біоінженерії, а також Національним інститутом неврологічних розладів та інсульту Національного інституту охорони здоров’я (NIH).
