Нейробіологи з США і Бразилії навчили двох макак управляти роботизованою інвалідним візком за допомогою бездротової системи, яка отримує сигнали від електродів, вживлених в мозок (інтерфейс мозок – комп’ютер). Примати дуже швидко освоїли таке управління, що дає надію на застосування нового нейрокомп’ютерних інтерфейсу інвалідами-людьми. Робота опублікована в журналі Scientific Reports.

У моторну кору головного мозку (що відповідає за рухи) однієї з мавп було вживлено 384 мікроелектрода, інший – 576. В обох випадках масиви електродів імплантувалися в обидві півкулі. Кожен мікроелектрод був стрижень з нержавіючої сталі діаметром 30-50 мікрометрів, покритий пластиковою ізоляцією.З їх допомогою реєструвалася активність нейронів в первинної моторної кори (М1), первинної сенсомоторної корі (S1) і дорсальній стороні премоторної кори (PMd), яка бере участь в підготовці і плануванні рухів.

Потім за допомогою радиомодуля зчитувальні електричні сигнали від нейронів передавалися в лабораторний комп’ютер, який трансформував їх у команди, безпосередньо керували електромоторами роботизованого крісла-каталки.

На першому етапі навчання нейрофізіологи, використовуючи дистанційне керування, катали візки з мавпами по складних маршрутах. При цьому електроди фіксували ті нейрони, чия активність підсилювалася при зміні місця розташування тіла тварини. Пропустивши отримані таким чином дані через фільтри Вінера (спрощено – це метод відділення корисного сигналу від шуму. – Прим. Ред.), Дослідники визначили, який сигнал від якого нейрона відповідає тому чи іншій зміні положення крісла в просторі. «Навчити» таким чином програмне забезпечення розпізнавати сигнали від нейронів макак, вчені передали безпосереднє управління рухом коляски нейроінтерфейси «мавпа – комп’ютер».

Подальші експерименти дозволили з’ясувати, що макаки здатні управляти коляскою на досить складному маршруті, яка вимагала не тільки маневрування вліво-вправо, а й руху назад. В кінці шляху мавп чекала винагорода – блюдо з виноградом. Воно весь час знаходилося в безпосередній видимості від тварин, і по прямій відстань до нього не перевищувало 2,5 метра. Правда, щоб ускладнити завдання, дослідники наситили маршрут перешкодами, які потрібно було об’їжджати, демонструючи складні навички управління.

У міру просування дослідів тварини навчалися краще управляти коляскою. Через кілька тижнів вони почали витрачати на те, щоб досягти страви, приблизно в півтора рази менше часу, ніж на початку тестів.

Раніше різні групи вчених по всьому світу використовували для управління екзоскелет і протезами неінвазивні методи, наприклад, закріплюючи на голові людини електроди для зняття енцефалограми, застосовуючи для навчального періоду допоміжний джойстик. В силу того, що при цьому сигнали фіксуються не безпосередньо від нейронів, в них більше шуму і, отже, довше затримка при виконанні подумки віддаються наказів (вона може доходити до 3-5 секунд).

Дослідники вважають, що на першому етапі їх результати можуть бути використані для інвалідів-візочників, які зараз керують своїми засобами пересування вручну. У перспективі вчені вважають за можливе і адаптацію того ж рішення для управління штучними високорухливими протезами, наприклад, електромеханічними замінниками рук і ніг.

.

Найцікавіші новини: