By Інтерфейс – мозок-машина нової генерації зуміє «прочитати» наші наміри – запевняє Річард Андерсен у своїй статті в журналі Scientific American.
Кожного разу, коли я це бачу, в мене з’являється «гусяча шкірка». Паралізований доброволець на інвалідному візочку за допомогою думки управляє роботизованою кінцівкою, демонструючи, як на практиці діє інтерфейс мозок-машина. Це сталося у моїй лабораторії в 2013 році: Ерік Сорто, паралізований внаслідок стріляних ран, отриманих у віці 20 років, застосовуючи власну волю зміг вперше за 10 років самостійно випити пиво. Інтерфейс мозок-машина відчитав імпульси, генеровані нейронами, скритими глибоко в корі мозку, і перетворив їх на сигнали, які керують електромеханічною рукою, яка потяглася за банкою, вхопила її і піднесла до рота Сорто, щоб він зміг випити ковток напою. Було це рік після операції, підчас якої пацієнтові було прищеплено електроди, що дають можливість використовувати думку для керування рухами. Разом зі співробітниками я спостерігав, як мужчина виконує ці, здавалось би, прості дії, які по-суті були дуже складними.
Будучи свідком такої події, важко не запитати, як можна використовувати думки для управління рухом протезів. Щодня ми автоматично рухаємо кінцівками і з цією метою нам зовсім не потрібно концентруватися ані використовувати якогось рафінованого інтерфейсу. Нейронауковці десятки років працювали на відчитуванням нейрональних сигналів, котрі призводять до того, що ми виконуємо якийсь рух і хапаємо якийсь предмет. Перші часткові успіхи на цьому полі започаткували наступний етап досліджень, метою яких було підключитися до системи, по якій пересилається какофонія електричних імпульсів, що відображає активність 86 млрд клітин, що вступають в комунікацію. Нова генерація інтерфейсів мозок-машина дає надію на ще більше наближення до мети, якою є побудова ефективного поєднання між протезом і мозком, а точніше тим його простором, що відповідає за реалізацію дій – не залежно від того, чи йдеться про хапання горнятка чи виконання наступного кроку.
Від мозку до робота
Завданням інтерфейсу мозок-машина є «записування відомостей», тобто надсилання до мозку сигналів і «читання повідомлень» з мозку. Записування відбувається шляхом стимуляції нейронів за допомогою електричних сигналів. Цей метод вже успішно застосовується на практиці. Протез вушної раковини стимулює слуховий нерв, що дає можливість чути. Збудження глибоко прихованого в мозку осередку, відомого як підставні ядра, допомагає в лікуванні пошкоджень моторики, пов’язаних із хворобою Паркінсона, невимушеним тремтінням. Відбувається також клінічне тестування систем, котрі завдяки стимулюванню сітківки дозволяють злагоджувати деякі форми сліпоти.
В свою чергу інтерфейси мозок-машина, які мали б прочитувати нейрональну активність, весь час перебувають на етапі досліджень. Поки цю технологію вдасться застосувати для терапевтичних цілей, потрібно буде розв’язати проблеми з перехопленням нейрональних сигналів. Техніки попереднього прочитання вже є доступними. Енцефалограма (EEG) реєструє загальну активність ділянок мозку величиною в один сантиметр, тобто дає образ випадкових сигналів мільйонів нейронів, а не окремих клітин. З іншого боку створення образу методом функціонального ядерного магнетичного резонансу (fMRI) є вимірюванням посереднім, базованим на явищі підвищеного пропливу крові у активній ділянці. Цей метод таки дозволяє досліджувати ділянки менші, ніж у випадку з EEG, але отримувана роздільність надалі є невисокою. Крім того приплив крові змінюється досить повільно, а отже fMRI не дозволяє спостерігати за швидкими змінами активності.
