Нейрофизиологи из Университета Брауна (Провиденс, штат Род-Айленд, США) продемонстрировали  свою новую разработку – кибернетический манипулятор, которым управляют полностью парализованные люди с помощью компьютерно-мозгового интерфейса, получившего название BrainGate. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Nature».

В исследование принимали участие двое добровольцев, 58-летняя женщина Кэти (кодовое имя «S3») и 66-летний мужчина Боб  (кодовое имя «T2»). Оба они были парализованы вследствие инсульта, вследствие котрого полностью утратили контроль над работой рук, т.е. речь идет о тетраплегии. Бобу, у которого инсульт был в 2006 году, микроэлектроды были имплантированы 5 месяцев назад. Кэти парализована уже 15 лет, микроэлектроды были имплантированы ей в апреле прошлого года.

Им обоим в двигательную кору головного мозга были имплантированы миниатюрные записывающие устройства, состоящие из 96 крошечных кремниевых электродов и считывающие информацию о нейронной активности в этих участках головного мозга. Полученная информация обрабатывается микропроцессором и затем передается на «кибер-руку» – электронно-механический манипулятор. В общих чертах все, хотя, на практике все это обстоит, конечно же, намного сложнее.

Это исследование проводилось в рамках проекта BrainGate, в котором принимают участие Департамент по делам ветеранов США, Университет Брауна, Гарвардская медицинская школа, Массачусетская больница общего профиля и Германский аэрокосмический центр (German Aerospace Center – DLR). В ходе исследования использовались манипуляторы, разработанные специалистами DLR и корпорации DEKA.

Руководителем исследования является Джон Донахью, директор Института наук о мозге Брауновского университета. Донахью вместе со своими коллегами ранее провели исследования, в ходе которого двое добровольцев с помощью компьютерно-мозгового интерфейса смогли перемещать курсор по монитору компьютера и отдавать ему команды, т.е. управление осуществлялось в двухмерном пространстве. Теперь же Донахью и его команда поставили перед собой намного более серьезную задачу – управление манипулятором в трехмерном пространстве. «Чтобы перейти от управления в двухмерном пространстве к манипулированию объектами в трехмерном является огромным шагом для нас», – говорит Донахью, – «это гораздо больше, чем добавить еще один уровень сложности».

Основная сложность в работе Донахью и его команды заключается в расшифровке сигналов, поступающих от имплантированного в двигательную кору головного мозга считывающего устройства, а также последующего преобразования этих сигналов в цифровые команды, которые и приводят в движение автоматизированное устройство, т.е. «кибер-руку». И чем сложнее и тоньше движение, тем сложнее задача декодирования.

В данном исследовании его участники получили по 30 секунд, чтобы выполнить, на первый взгляд, не очень сложные, но, с точки зрения нейрофизиологии, далеко не простые движения – взять «робо-рукой» шарики из пенопласта. Боб использовал манипулятор компании DEKA и выполнил поставленную задачу в 62% случаев. Кэти работала с манипуляторами от компании DEKA и центра DLR. С манипулятором от DEKA Кэти достигла успеха в 46% случаев и в 21% случаев, работая с манипулятором от DLR. Кроме того, Кэти выполнила еще более сложное задание: с помощью сигналов из своего мозга взяла манипулятором бутылку с кофе, поднесла ее корту, выпила кофе через соломинку и поставила бутылку обратно.

«Нашей целью в этом исследовании является разработка технологии, которая восстановит независимость и мобильность для людей после травм или паралича конечностей», – сказал ведущий автор исследования невролог и нейроинженер Ли Хохберг, сотрудник Департамента по делам ветеранов, Брауновского университета, Массачусетского госпиталя общего профиля и Гарвардского университета», – «у нас еще очень много работы, но достигнутый результат обнадеживает, причем не только в успешном испытании искусственной руки, но и в том, что удалось увидеть улыбку женщины, которая впервые за 15 лет смогла самостоятельно выпить кофе».

Особой эйфории по поводу достигнутых успехов у ученых нет, однако, даже самые скептически настроенные эксперты признают, что это исследование серьезно продвинуло вперед разработки, которые призваны помочь людям, утратившим подвижность вследствие различных заболеваний и травм. Родриго Кирога, нейроинженер из Университета Лестера (Великобритания), который не принимал участия в данном исследовании, но по его словам, был просто поражен достигнутыми результатами и считает данное направление чрезвычайно перспективным. Однако Донахью подчеркивает, что еще предстоит длинный путь: «Сейчас движения еще слишком медленные и неточные», – «нам еще предстоит значительно улучшить алгоритм декодирования».

В настоящее время исследовательская группа Донахью продолжает набирать новых добровольцев для продолжения исследований в данном направлении. В настоящее время электроды имплантированы семерым добровольцам, пока что серьезных побочных эффектов у них не наблюдается. Исследователи надеются привлечь в общей сложности 15 человек, которые утратили движения вследствие инсультов, нейродегенеративных заболеваний, травм спинного мозга и т.п.

В долгосрочной перспективе разработчики этого нейроинтерфейса собираются отказаться от проводного соединения, в настоящее время в процессе разработки находятся беспроводные системы. А если еще более смело заглянуть в будущее, то исследователи надеются, что декодированные сигналы из мозга будут управлять не роботизированным манипулятором, а поступать непосредственно на мышцы пациента, утратившего подвижность в них вследствие различных заболеваний и травм.

Использованы материалы журнала «Nature» и официального веб-сайта Университета Брауна

Источник: dislife.ru

http://www.dislife.ru/news/theme/18874