Обезьяна двигает руками при помощи мыслей
Обезьян обучили контролировать две виртуальные руки одновременно при помощи мыслей. Такой же возможностью могут воспользоваться люди с парализованными конечностями при помощи роботизированного скелета, который управляются мозгом. Раннее уже был проведен эксперимент, в ходе которого люди и обезьяныоказались способными управлять одной конечностью при помощи мыслей. Этого удалось добиться, когда в мозг были помещены электроды, которые опознавали определенные коды виртуальных движений, появляющиеся, когда человек или животное думают, что они двигаются. Затем этот код был преобразован в реальное движение протеза.
До сих пор было возможным управлять только одной конечностью таким образом. Причина заключается в том, что когда мозг получает информацию об одновременном движении обеими руками, это действие имеет совершенно другой код, нежели когда две руки двигаются по отдельности.
Чтобы добиться одновременного движения обеими руками, ученый Мигель Николелис (Miguel Nicolelis) из Университета Дьюка вместе с коллегами записал индивидуальную электрическую активность более чем 500 нейронов в соматосенсоре и двигательной зоне коры обоих полушарий головного мозга обезьяны, т.е. тех областей, которые отвечают за определение положения тела, прикосновений и движений.
«Мы считаем, что это самое большое количество нейронов, информация о которых была когда-либо зафиксирована», - говорит Николелис.
Двигающиеся цели
В то время как ученые фиксировали активность мозга, они также обучали обезьяну двигать руками, которые отображались на экране вместе с двумя виртуальными двигающимися целями, до которых нужно было дотронуться.
Для этого нужно было сначала обучить обезьяну, как двигать трехмерными руками с использованием джойстика. А в это время компьютерный алгоритм распознавал, какой вид активности мозга каким движениям соответствует.
Когда эта задача была выполнена, джойстик был отключен, и был задействован уже алгоритм. Когда программа распознала код в мозгу обезьяны, который сигнализирует о намерении совершить действие, она заставляла двигаться таким же образом виртуальные конечности. Обезьяна, в свою очередь, каждый раз понимала, что ее руки дотрагиваются до цели, в следствие чего, она быстро научилась ими управлять с помощью мыслей.
«И тогда мы решили выполнить еще более авантюрную задачу», - говорит Николелис. Исследовательская группа родемонстрировала, что можно научить алгоритм заставлять двигать виртуальные руки без того, чтобы сначала обезьяна совершала действия своими настоящими конечностями.
Эта стадия эксперимента является самой значимой, так как она показала, что алгоритм действительно можно научить работать, используя только мысли – важный шаг к тому, чтобы люди могли пользоваться данной технологией.
Передвижение без совершения физический действий
Чтобы добиться этого, команда провела эксперимент со второй обезьяной, которая следила за тем, как виртуальные руки достигали цели, пока ее собственные конечности находились без движения. Пока обезьяна наблюдала за виртуальным изображением, ее нейроны в коре головного мозга и в соматосенсоре реагировали почти таким же образом, как если бы она сама двигала своими конечностями.
Прошло всего лишь 7 минут, и алгоритм научился распознавать код мозговой активности, который соответствовал движениям виртуальных рук. И в этот раз алгоритм был запущен таким образом, что он вступал в действие только тогда, когда обезьяна думала о том, чтобы подвигать руками.
Исследование является частью международногопроекта «Walk Again Project», который ставит своей целью создать роботизированный скелет, который будет работать при помощи мыслей, для людей с ограниченными возможностями.
Команда во главе с Николелисом уже создала виртуальную среду, в которой инвалиды могут обучаться управлять виртуальными конечностями. Это их подготовит к управлению роботизированным скелетом при помощи мыслей. Николелис надеется продемонстрировать этот скелет на церемонии открытия Кубка мира по футболу, который будет проходить в 2014 году в Бразилии.
На видео ниже можно посмотреть, как обезьяна управляет виртуальными конечностями.
С научной статьей можно ознакомиться здесь.
По материалам New Scientist.
Анастасия Полянская nauka21vek.ru