Перевод статьи с сайта Nature от 20 апреля 2022, часть 1:

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Импланты становятся все более сложными и вызывают коммерческий интерес. Джеймс Джонсон надеется снова водить машину. Но если он это сделает, то только используя только силу мысли.

В марте 2017 года Джонсон сломал шею в результате аварии на картинге, в результате чего он был почти полностью парализован ниже плеч. Он понимал свою новую реальность лучше, чем большинство. На протяжении десятилетий он ухаживал за парализованными людьми. «У меня была глубокая депрессия, — говорит он. «Я думал, что когда это случилось со мной, я ничего не смогу с этим сделать или дать что-то миру».

Но затем реабилитационная группа Джонсона познакомила его с исследователями из близлежащего Калифорнийского технологического института в Пасадене, которые пригласили его присоединиться к клиническим испытаниям интерфейса мозг-компьютер (BCI). Сначала это потребовало проведения нейрохирургической операции по имплантации двух массивов электродов в кору его мозга. Это электроды, считывающие возбуждение нейронов в его мозгу, которые исследователи с помощью алгоритмов используют для расшифровки его мыслей и намерений. Затем система использует мозговую активность Джонсона для управления компьютерными приложениями или для перемещения протеза. Но на освоения этого нужны годы и сотни интенсивных тренировок. «Я нисколько не колебался, — говорит Джонсон.

В первый раз, когда он использовал свой BCI, имплантированный в ноябре 2018 года, Джонсон перемещал курсор по экрану компьютера. «Это было похоже на Матрицу», — говорит он. «Мы подключились к компьютеру и, о чудо, я смог двигать курсор, просто думая».

С тех пор Джонсон использовал BCI для управления манипулятором, работы в программе Photoshop, игр в жанре "shoot 'em up"(примитивные двумерные шутеры с видом сверху, чаще в космическом сеттинге, например Galaga - прим. перев.), а теперь и для вождения автомобиля, смоделированного в виртуальной среде, изменяя скорость, управляя и реагируя на опасности. «Я всегда поражаюсь тому, что мы можем сделать, — говорит он, — и это чертовски круто».

Джонсон является одним из примерно 35 человек, которым имплантировали BCI в мозг на длительный срок. Подобные исследования проводят всего около дюжины лабораторий, но их число растет. И за последние пять лет диапазон навыков, которые эти устройства могут восстанавливать, значительно расширился. Только в прошлом году ученые описали участника исследования, использующего роботизированную руку, отправляющую сенсорную обратную связь непосредственно в его мозг, протез речи для человека, потерявшего способность говорить в результате инсульта и человека, способного печатать с рекордной скоростью, воображая себя пишущим от руки.

До сих пор подавляющее большинство имплантатов для долгосрочной записи отдельных нейронов производилось одной компанией: Blackrock Neurotech, разработчиком медицинского оборудования из Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Но за последние семь лет коммерческий интерес к BCI резко возрос. В частности, в 2016 году предприниматель Илон Маск запустил проект Neuralink в Сан-Франциско, штат Калифорния, с целью соединения людей и компьютеров. Компания привлекла 363 миллиона долларов США. В прошлом году Blackrock Neurotech и несколько других новых BCI-компаний также получили крупную финансовую поддержку.

Однако вывод BCI на рынок повлечет за собой преобразование индивидуальной технологии, проверенной на небольшом количестве людей, в продукт, который можно производить, внедрять и использовать в больших масштабах. Крупные испытания должны будут показать, что BCI могут работать в условиях, не связанных с исследованиями и явно улучшать повседневную жизнь пользователей, а главное продаваться по рыночным ценам. Сроки достижения всего этого неясны, но комьюнити настроено оптимистично. «Тысячи лет мы искали способ излечить людей, страдающих параличом», — говорит Мэтт Энгл, основатель и исполнительный директор нейротехнологической компании Paradromics в Остине, штат Техас. «Сейчас мы фактически находимся на пороге появления технологий, которые мы можем использовать для этих целей».

Эволюция интерфейсов

В июне 2004 года исследователи установили массив электродов в моторную кору головного мозга человека, парализованного после ножевого ранения. Он был первым человеком, получившим долгосрочный BCI-имплант. Как и у большинства людей с параличом, его сознание не было нарушено, он мог вообразить движение, но потерял нервные связи между моторной корой и мышцами. После десятилетий работы во многих лабораториях и испытаний на обезьянах исследователи научились расшифровывать движения животных на основе записей активности моторной коры в реальном времени. Теперь они надеялись вывести воображаемые движения человека по активности мозга в той же области.

В 2006 году в знаменательном документе описывалось, как человек научился перемещать курсор по экрану компьютера, управлять телевизором и использовать роботизированные руки и кисти, просто думая. Исследование проводилось совместно с Ли Гохбергом, нейробиологом и неврологом интенсивной терапии из Университета Брауна в Провиденсе, Род-Айленд, и Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне. Это было первое из серии множества испытаний под названием BrainGate, которые продолжаются и сегодня.

«Это была очень простая, рудиментарная демонстрация, — говорит Гохберг. «Движения были медленными или неточными, или и то, и другое. Но это продемонстрировало, что можно записывать информацию с коры головного мозга человека, который не может двигаться и позволять этому человеку управлять внешним устройством».

Сегодняшние пользователи BCI имеют гораздо более точный контроль и доступ к более широкому спектру навыков. Отчасти это связано с тем, что исследователи начали имплантировать несколько BCI в разные области мозга пользователя и разработали новые способы идентификации полезных сигналов. Но Гохберг говорит, что наибольший импульс дало машинное обучение, которое улучшило способность расшифровывать нейронную активность. Вместо того, чтобы пытаться понять, что означают шаблоны действий, машинное обучение просто идентифицирует шаблоны и связывает их с намерениями пользователя.

«У нас есть нейронная информация, мы знаем, что пытается сделать человек, генерирующий нейронные данные и мы просим алгоритмы создать путь между ними», — говорит Гохберг. «Оказывается, это удивительно эффективная техника».

Двигательная независимость

На вопрос, чего они хотят от вспомогательных нейротехнологий, люди с параличом чаще всего отвечают «независимость». Для людей, которые не могут двигать конечностями, это обычно означает восстановление движения.

Один из подходов заключается в имплантации электродов, которые напрямую стимулируют мышцы собственных конечностей человека, а BCI непосредственно контролирует их. «Если вы сможете зафиксировать нативные корковые сигналы, связанные с управлением движениями рук, вы сможете обойти повреждение спинного мозга и перейти непосредственно от головного мозга к периферии», — говорит Болу Аджибой, нейробиолог из Университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде, штат Огайо.

В 2017 году Аджибой и его коллеги описали участника, который использовал эту систему для выполнения сложных движений руками, в том числе для того, чтобы выпить чашку кофе и поесть. «Когда он впервые начал исследование, — говорит Аджибой, — ему приходилось очень много думать о том, как его рука перемещается из точки А в точку Б. Но по мере того, как он тренировался, он мог просто думать о движении руки, и она двигалась.” Также участник смог снова ощутить свою руку как часть тела (мне так толком и не удалось понять суть этой фразы, скорее всего имелся в виду психологический эффект, потому что ниже разработчик говорит, что осязание именно в этом исследовании еще не достигнуто - прим. перев.).

Аджибой теперь расширяет репертуар командных сигналов, которые его система может декодировать, например, для силы захвата. Он также хочет дать пользователям BCI возможность осязания — цель, которую преследуют несколько лабораторий.

В 2015 году команда под руководством нейробиолога Роберта Гонта из Университета Питтсбурга в Пенсильвании сообщила об имплантации массива электродов в область соматосенсорной коры человека в области рук, где обрабатывается сенсорная информация. Когда они использовали электроды для стимуляции нейронов, человек чувствовал что-то похожее на прикосновение.

Затем Гонт объединил усилия с коллегой из Питтсбурга Дженнифер Коллинджер, нейробиологом, продвигающей идею управления роботизированными руками с помощью BCI. Вместе они создали роботизированную руку с датчиками давления, встроенными в кончики ее пальцев, которые подключили к электродам, имплантированным в соматосенсорную кору, чтобы создать синтетическое осязание. Это было не совсем естественное чувство — иногда это было похоже на давление или покалывание, иногда это было больше похоже на жужжание, объясняет Гонт. Тем не менее, тактильная обратная связь сделала протез более естественным в использовании, а время, необходимое для поднятия объекта, сократилось вдвое, с примерно 20 секунд до 10.

Имплантация массивов в области мозга, играющие разные роли, может добавить нюансов движениям. Нейробиолог Ричард Андерсен, возглавляющий исследование в Калифорнийском технологическом институте, в котором участвует Джонсон, пытается расшифровать более абстрактные цели пользователей, подключаясь к задней теменной коре, которая формирует намерение или план движения. То есть она может кодировать мысль «Я хочу пить», тогда как моторная кора направляет руку к кофе, а затем подносит кофе ко рту.

Группа Андерсена изучает, как этот двойной ввод помогает производительности BCI, противопоставляя использование двух областей коры по отдельности или вместе. Неопубликованные результаты показывают, что намерения Джонсона могут быть расшифрованы в задней теменной коре быстрее, «в соответствии с кодированием цели движения», — говорит Тайсон Афлало, старший научный сотрудник лаборатории Андерсена. Активность моторной коры, напротив, продолжается на протяжении всего движения, говорит он, «делая траекторию менее дрожащей».

Этот новый тип нейронного ввода помогает Джонсону и другим пионерам расширить свои возможности. Джонсон использует симулятор вождения, а другой участник может играть на виртуальном пианино, используя свой BCI.

На фото:

1) хоть под фото в статье не указано имя запечатленного человека, это Натан Коупленд со своей чувствующей бионической рукой, как его можно не узнать!

2) Джеймс Джонсон пользуется Фотошопом


Источник: vk.com

Комментарии: