Неиспользуемые нейронные сигналы из мозга могут стать ключом к разгадке.
Третий глаз, говорите? А как насчет третьей руки? Как рассказали исследователи в новой увлекательной статье для IEEE Spectrum, робототехники пытаются усовершенствовать технологию, которая позволит управлять “дополнительной роботизированной рукой”. От дополнительной конечности до полноценного экзокостюма – и все это с помощью вашего сознания. По-научному это называется аугментацией движений, и ключ к ее достижению может лежать в неиспользуемой полосе пропускания нейронных сигналов.
Изобретение может обеспечить “новую степень свободы” без задействования других частей тела для управления – например, при использовании рук на джойстике для управления роботизированной конечностью. Вместо этого вы будете управлять им с помощью своего разума. Теоретически, это даст вам возможности, как у суперзлодея Доктора Осьминога.
Один из перспективных подходов включает в себя инвазивные мозговые имплантаты, называемые интерфейсами мозг-машина (ИММ), но поскольку для их имплантации требуется хирургическое вмешательство, а вне лабораторных условий они не столь эффективны, ИММ не являются идеальным вариантом для расширения возможностей движения, признаются исследователи.
Но еще один многообещающий прорыв произошел благодаря электромиографии (ЭМГ), которая обнаруживает электрические сигналы, посылаемые сотнями спинальных нейронов и принимаемые скелетными мышцами.
Чтобы перевести эти сигналы, исследователи создали обучающий модуль, который получает сигналы ЭМГ от пользователя, выполняющего небольшие мышечные сокращения. Затем модуль определяет, какие импульсы двигательных нейронов – нервных клеток, побуждающие мышцу к движению, составляют сигналы ЭМГ. Затем модуль обучения анализирует взаимосвязь между импульсами двигательных нейронов и сигналами ЭМГ, по сути, переводя эту взаимосвязь в математически совместимую форму.
После этого модуль декодирования теперь “знает”, как считать активность моторных нейронов в новых сигналах ЭМГ, полученных тем же пользователем, и может делать это в режиме реального времени, всего за несколько миллисекунд, что позволяет фактически управлять сознанием роботизированного дополнения.
Это само по себе не обязательно освобождает мышцы от непосредственного участия в управлении роботизированной конечностью. Однако вскоре исследователи обнаружили, что более высокие частоты в моторных нейронах практически не используются, и только низкие частоты отвечают за фактическое управление мышцами.
Поэтому в следующем эксперименте исследователи поместили электроды на переднюю большеберцовую мышцу голени, которая отвечает за сокращение стопы.
И снова они предложили пользователям выполнить небольшие сокращения. Исследователи разделили результирующие частоты в нейронах на одну низкую полосу и другую высокую полосу и ловко связали эти дискретные полосы с горизонтальным и вертикальным движением курсора.
Именно здесь и проявилась изобретательность пользователя – не было простого объяснения, как управлять курсором с помощью мысли через сигналы, обнаруженные в голени. Но пользователи быстро сообразили, как перемещать курсор по экрану в нужных им направлениях.
“Мы были удивлены и обрадованы тем, как легко они сделали этот большой первый шаг к поиску нейронного канала управления, отдельного от естественных моторных задач”, – пишут они в журнале IEEE.
Тем не менее, ученые отмечают, что впереди еще огромная гора работы. Хотя пользователи сознательно контролировали движения курсора, они не были очень точными, и применение этого метода к гораздо более сложным роботизированным конечностям будет только сложнее. Кроме того, неясно, способен ли наш мозг со временем выработать адаптацию, которая позволит пользователям развивать и сохранять “интуитивный контроль” над внешней аугментацией – или, другими словами, привыкнуть к технике.
Тем не менее, в этой развивающейся области робототехники всё только начинается, а результаты выглядят очень обнадеживающими.
Читайте также: Человеческий мозг может создавать структуры в 11 измерениях