Кого слушает президент

«Рука двигалась туда, куда я хотел»

Создана система, позволяющая управлять реальными объектами силой мысли

Дмитрий Малянов 17.05.2012, 10:24
Полностью парализованная женщина сама выпила кофе впервые за 15 лет The BrainGate Collaboration
Полностью парализованная женщина сама выпила кофе впервые за 15 лет

Впервые в истории полностью парализованный человек сумел самостоятельно выпить кофе, контролируя силой мысли искусственную руку. Такого прорыва в биокибернетике достиг американо-германский проект BrainGate2.

В первый раз за 15 лет после того, как она оказалась полностью парализованной, 58-летняя женщина смогла самостоятельно выпить кофе, контролируя роботизированный манипулятор силой мысли.

Эксперимент, ставший главной темой номера журнала Nature и осуществленный в рамках международного проекта BrainGate2 специалистами из Университета Брауна (США), Главного госпиталя Массачусетса, Гарвардской медицинской школы и Германского аэрокосмического центра (DLR), стал настоящим прорывом в сфере разработки и построения систем «мозг — компьютер» — биокибернетических нейроинтерфейсов для прямого обмена информацией между мозгом и вычислительными устройствами на основе кремния.

Кроме 58-летней пациентки в эксперименте участвовал 66-летний мужчина, также полностью обездвиженный после инсульта.

Нейрочип, имплантируемый в кору головного мозга — ключевой компонент системы «мозг-компьютер» BrainGate2. // Braingate2.org
Нейрочип, имплантируемый в кору головного мозга — ключевой компонент системы «мозг-компьютер» BrainGate2. // Braingate2.org

Оба научились управлять одной лишь силой мысли, то есть используя электрическую активность своего головного мозга, двумя разными манипуляторами, собранными немецким Институтом роботостроения DLR и компанией из Нью-Гэмпшира (США) DEKA Research and Development Corp., курируемой DARPA (Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США).

Это работа стала продолжением проекта BrainGate, начатого десять лет назад одним из пионеров нейрокибернетики профессором Джоном Донахью из Университета Брауна. Под его руководством был создан нейрочип, состоящий из 96 золотых контактов, вживляемых непосредственно в двигательный участок коры головного мозга. Детектируя электрическую активность нейронов, чип передавал двигательные импульсы компьютеру, который по специальному алгоритму транслировал их в команды, управлявшие курсором на экране монитора.

Следующей стадией проекта, об успешном завершении которой доложила в Nature команда Донахью, стало управление силой мысли уже реальными объектами и уже в реальном, трехмерном пространстве.

Для этого потребовалось решить ряд нетривиальных биоинженерных, вычислительных и чисто научных задач, связанных с пониманием работы сигнальной и двигательной систем человеческого организма, так как теперь испытуемые должны были точно управлять одной силой мысли не точкой на двумерной плоскости, а кибернетической рукой, копирующей реальную в реальном пространстве и времени.

Нейроинженер, создатель нейрочипа BrainGate Джон Донахью, профессор Университета Брауна. // Brown University
Нейроинженер, создатель нейрочипа BrainGate Джон Донахью, профессор Университета Брауна. // Brown University

Все они были решены в сотрудничестве с инженерами, создавшими два роботизированных манипулятора и систему контроллеров, управляемых через нейроинтерфейс, и весной 2012 года состоялась демонстрация работы новой разработки BrainGate2 — системы «мозг — компьютер»,

впервые в истории позволившей полностью парализованным людям манипулировать вещами, мысленно управляя искусственной рукой: поднести ее к предмету, взять его, поднести к себе и вернуть на место.

«Сделать предстоит еще очень много, но главным признаком успеха стала для нас даже не хорошая работа BrainGate2, а выражение счастья на лице человека, который впервые за 15 лет смог самостоятельно выпить кофе», — признался один из руководителей проекта нейроинженер Ляйх Хохберг.

Даже спустя 15 лет после того, как двигательные центры мозга были «отсоединены» от системы управления конечностями, кора не утрачивает способность продуцировать качественные моторные сигналы, отмечает Хохберг. Функциональность и приживаемость нейрочипа также оказались на высоте:

парализованная женщина успешно управляла киберрукой спустя пять лет после того, как в ее мозг был имплантирован крохотный нейродатчик.

«Наша статья демонстрирует существенный прорыв в технологии «мозг — компьютер»: используя ее, сразу два участника могут уверенно выполнять тонкие трехмерные манипуляции реальными предметами, и это не разовая удача, а повторяемый опыт. Мы существенно приблизились к тому, чтобы вернуть парализованным контроль над двигательной функцией — выполнять рутинные действия, которые выполняют миллиарды людей, не задумываясь, «как оно работает», — отмечает Донахью.

Команда BrainGate, создавшая первый нейроинтерфейс, позволяющий манипулировать предметами силой мысли в реальном времени. // BrainGate.org
Команда BrainGate, создавшая первый нейроинтерфейс, позволяющий манипулировать предметами силой мысли в реальном времени. // BrainGate.org

Один из участников эксперимента, парализованная женщина научилась подносить кибернетическую руку к термосу с кофе за четыре дня в течение 158 попыток: примерно половина из них оказалась успешными в случае с DLR-манипулятором и 70% — в случае с манипулятором от группы DEKA. Второй участник научился пользоваться рукой от DEKA еще быстрее: из 45 попыток поднести руку к контрольному шару из поролона удачными оказались почти все (95%), при этом из них в 62% случаях ему удалось схватить шар кибер-пальцами. У женщин этот показатель равен 43% (DLR) и 66% (DEKA).

Выделяя движением глаз отдельные буквы алфавита, испытуемый так передал свои ощущения от управления кибернетической конечностью:

«Я просто воображал, что двигаю рукой, и рука двигалась туда, куда я хотел».

«Это то, чего мы добивались от своего устройства, — добавил один разработчиков DLR-манипулятора Патрик ван дер Смагт, директор Лаборатории биомиметических роботов и машинного обучения Германского аэрокосмического центра. — Теперь мы хотим создать искусственную руку с более интуитивным, гибким и быстрым управлением».

Помимо DARPA проект BrainGate спонсируется через систему фондов Национальных институтов здравоохранения США (NIH), Германским аэрокосмическим агентством и министерством по делам ветеранов США.