211service.com
Hra na klavír s robotickou rukou
Přímým poklepáním na elektrické signály mozku jsou vědci z John’s Hopkins University v Baltimoru na cestě k vyvinutí protetické ruky, která je obratnější než kdykoli předtím. Poprvé prokázali, že neurální aktivita zaznamenaná z mozku opice může ovládat prsty na robotické ruce, takže může hrát několik not na klavír.
Robotická ruka: Vědci vyvíjejí neurální rozhraní, které může používat signály v mozku k ovládání prstů na robotické ruce, jak je znázorněno zde.
Doufali bychom, že nakonec budeme schopni trvale implantovat podobná pole do motorické kůry lidských subjektů, říká Mark Schieber , neurolog z University of Rochester v New Yorku, který na projektu pracuje. Vědci však varují, že praktická lidská verze neurálního rozhraní je ještě daleko.
Většina protetických rukou, které jsou v současnosti k dispozici, je omezena na drápovitý úchopový pohyb. Výrazně vylepšená verze, která šla na trh minulý týden, využívá svalové kontrakce v pažích k individuálnímu ovládání prstů. (Viz A Hand for the Wounded.) I když je tento typ designu pro osoby po amputaci velkým přínosem, převedení jejich záměru přejít do akce prostřednictvím svalové aktivity vyžaduje vědomé úsilí. Z dlouhodobého hlediska by vědci rádi vyvinuli protézu, která by byla snadno ovládána myšlenkami uživatele. Pokud dokážete klepnout do mozku, můžete ze samotného mozku zaznamenat záměr pohybu rukou a prstů, říká Nitský Thakor , neuroinženýr z John’s Hopkins, který na projektu pracuje.
Vědci dosud vytvořili neurální rozhraní, která umožňují opicím – a v několika experimentálních případech ochrnutým pacientům – využít jejich mozkovou aktivitu k dosažení a uchopení pomocí robotické paže. (Viz Mozkové čipy dávají paralyzovaným pacientům nové síly.) Avšak sofistikovanější protetické ruce, které se v současnosti vytvářejí, vyžadují jemnější úroveň kontroly. S rozvojem vysoce obratné protetické ruky máme nyní motivaci zkoušet ovládat jednotlivé prsty, říká Thakor.
Multimédia
Sledujte převod neurální aktivity do robotických pohybů prstů.
Sledujte, jak robotická ruka ovládaná neurální aktivitou hraje 'Frère Jacques.'
Aby vytvořili nervové rozhraní, výzkumníci zaznamenali aktivitu mozkových buněk opic, když různými způsoby pohybovaly prsty. (Už dříve bylo prokázáno, že určitá část motorického kortexu ovládá pohyby prstů.) Vědci poté vytvořili algoritmy k dekódování těchto mozkových signálů identifikací specifických vzorců aktivity spojených s konkrétními pohyby. Když byl dekódovací systém připojen k robotické ruce a napájel nové vzorce neurální aktivity, prsty na ruce prováděly zamýšlený pohyb 95 procent času. Zjištění jsou extrémně povzbudivá, říká Krishna Shenoy , neurovědec ze Stanfordské univerzity, který se na výzkumu nepodílí. Vědci představili své zjištění na konferenci neurálního inženýrství začátkem tohoto roku.
Tyto počáteční experimenty byly prováděny off-line, což znamená, že mozková aktivita byla zaznamenávána a poté vložena do systému později. Výzkumníci však plánují živou demonstraci během příštích šesti měsíců. Opice s implantovanou řadou záznamových elektrod budou připojeny přímo k virtuální verzi protetické paže, která je v současné době ve vývoji. Vědci pak určí, jak dobře dokážou tato zvířata, která jsou vycvičena k provádění specifických pohybů rukou, využívat svou mozkovou aktivitu k ovládání virtuální ruky v reálném čase.
Zatímco předběžné výsledky jsou vzrušující, vědci mají před sebou ještě dlouhou cestu, než napodobí skutečnou obratnost ruky. Každý prst má tři nebo čtyři stupně volnosti, které je třeba kontrolovat: flexe a extenze v každém ze tří kloubů, stejně jako addukce a abdukce, říká Schieber. K tomu se přidává složitost pohybu pěti jednotlivých prstů, někdy unisono a někdy nezávisle.
Vědci zatím nevědí, zda dekódovací systém, který vytvořili, bude schopen provádět jedinečné akce – pohyby, které nebyly součástí původního repertoáru použitého k vytvoření dekodéru. Z dlouhodobého hlediska chceme, aby [opice] byla schopna dělat cokoli, na co si v danou chvíli pomyslí, říká Schieber. Ale dostat dekódovací algoritmus k takovému zobecnění je další výzva.