Использование роботизированной конечности при помощи мозга — прорыв

Университет Миннесоты совершил, безусловно, прорыв. Впервые удалось при помощи неинвазивных методов заставить двигаться роботизированной руку силой мысли, иначе это просто не выразить.

На фотографии как раз “подопытный”, который двигает руку-манипулятор, просто мысленно представляя себе её движение.

Безусловно, это прорыв. Прорыв, который может помочь в реабилитации миллионам инвалидов, миллионам парализованных или тех, кто болеет нейродегенеративными болезнями.

Итак, вот что что нам сообщает прессрелиз работы, опубликованной на сайте университета (сама статья опубликована в Nature). Со слов ученых:

“Это впервые в мире, когда человек может управлять роботом-манипулятором и хватать объекты в сложном трехмерном окружении при помощи только лишь силы мысли, без мозгового имплантанта.”

Со слов Бин Хи, ведущего разработчика:

“Просто представляя себе передвижение их рук, они [пациенты] могут двигать роботизированной руку.”

Для этого применялась неинвазивная техника (электроэнцелограффия), основанная на компьютерно-мозговом интерфейсе, записывающем слабую электрическую активность мозга пациента при помощи специализированного ЭЭГшного головного убора, снабженного 64 электродами, и преобразовывающем его “мысли” в действия робота, обрабатывая сигнал и обучая систему, применяя “машинное обучение”.

Эксперимент проводился на совершенно здоровых испытуемых. Их учили представлять себе движение их собственных рук, что не так просто, так как мы ими двигаем рефлекторно, не задумываясь над тем, что надо бы отдать сигнал на передвижение. После их обучали контролировать перемещение виртуального курсора на экране монитора и только потом — перемещение робота-манипулятора и захват объекта, находящегт на определенном месте на столе. В конечно счёте, они смогли перемещать манипулятор произвольным образом, захватывая любые объекты, расположенные в разных местах.

Насколько это было успешно? Перемещать манипулятор и захватывать объект на фиксированном месте на столе — вероятность выполнения 80%, перемещать любой объект со стола, находящегося в произвольной позиции, на полку шкафа — 70%.

“Это было восхитительно то, как все испытуемые выполняли задачу, используя полностью неинвазивную технику. Мы видим большой потенциал этого исследования в помощи людям, кто парализован или болен нейродегенеративными болезнями, чтобы сделать их более независимыми, не прибегая к хирургическим имплантам”, — заявил Хи.

Исследователи заявили, что мозго-компьютерный интерфейс работает благодаря тому, где располагается моторный кортекс — область управляющая движениями. Все, собственно просто, при движении в моторном кортекс возникают слабые электрические импульсы. Разные движения, разные мысли — разные токи, разный набор нейронов, разная геометрия возникающих токов. Их набор был исследован Хи при помощи магнитно-резонансной томографии, поэтому, используя фильтрацию выявленных наборов нейронов, можно было использовать уже компьютерный интерфейс, который бы преобразовал эти токи в движение манипулятора.

Схема эксперимента, подробнее см.здесь

Интересно отметить, что это медицинская разработка базировалась на исследовании Хи трехлетней давности, которое касалось возможности управлять полетом небольших дронов-квадрокоптеров, используя неинвазивную ЭЭГ-технологию.

“Три года назад мы не были уверены в том, что получится двигать более сложную роботизированную конечность, чтобы хватать и перемещать объекты, используя компьютерный интерфейс”,- заявил Хи. “Мы были сильно удивлены, что это работает с высокой вероятностью успеха и на группе людей.”

По его словам, следующим этапом исследования будет дальнейшее улучшение интерфейса, который будет двигать роботизированную конечность непосредственно присоединенную к человеческому телу. Или же исследование того, как технология поведет себя при непосредственных испытаниях на парализованных больных.