211service.com
Pērtiķis pārdomā robotu darbībā
Dramatiski demonstrējot roku protēžu potenciālu, pērtiķis Pitsburgas Universitātē varēja izmantot savas smadzenes, lai tieši kontrolētu robotu roku un pabarotu sevi ar zefīru. Pētījums, kas šodien publicēts žurnālā Daba , ir pirmais, kas parāda, ka saskarne, kas smadzeņu signālus tieši pārvērš darbībā, ir pietiekami sarežģīta, lai veiktu praktisku funkciju: ēst. Pētnieki, kas vadīja darbu, ir tikko sākuši saistītās tehnoloģijas izmēģinājumus ar cilvēkiem.
Smadzeņu spēks: Pērtiķis, kuram smadzenēs ir implantēts sīku elektrodu klāsts, izmanto savas domas, lai kontrolētu robotu roku, satverot zefīra gabalu un pienesot to pie mutes. Zinātnieki galu galā cer, ka šāda veida smadzeņu mašīnas saskarne palīdzēs paralizētiem cilvēkiem veikt ikdienas uzdevumus, piemēram, pabarot sevi vai tīrīt matus.
Šī ir pirmā reize, kad pērtiķis vai cilvēks tieši ar smadzenēm kontrolē īstu roku protēzi. Krišna Šenojs , Stenfordas universitātes neirozinātnieks, kurš nebija iesaistīts pētījumā.
Cilvēki, kuri cieš no insulta vai muguras smadzeņu bojājumiem, vai no dažām neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, amiotrofiskā laterālā skleroze (ALS), bieži tiek paralizēti. Taču viņu smadzeņu garozas — smadzeņu daļas, kas kontrolē kustības, plānošanu un citas funkcijas — var palikt lielā mērā neskartas. Zinātnieki cer gūt labumu no tā, izstrādājot smadzeņu mašīnu saskarnes — ierīces, kas smadzeņu darbību pārvērš darbībā, piemēram, kursora pārvietošanu datora ekrānā.
Cilvēki, kuri ir pilnībā paralizēti, tagad var izmantot smadzeņu mašīnu saskarnes, kas neinvazīvi mēra signālus, kas ierakstīti no skalpa virsmas, taču ierīces ir lēnas, un to darbībai nepieciešama ilgstoša koncentrēšanās. Lai izveidotu protēzi, kas darbojas kā īsta roka — lietotājs domā par rokas pārvietošanu, un tā kustas —, visticamāk, būs jāreģistrē elektriskā aktivitāte tieši no smadzenēm.
Multivide
Skatieties, kā pērtiķis izmanto robotu, lai pabarotu sevi.
Skatieties, kā pērtiķis manipulē ar robota roku, lai viņš varētu laizīt robotu roku.
Tas ir kļuvis iespējams pēdējos gados, pateicoties nelielo elektrodu bloku attīstībai, ko izmanto neironu signālu ierakstīšanai. Iepriekšējos pētījumos, Džons Donogjū un viņa kolēģi no Brauna universitātes parādīja, ka paralizēta vīrieša smadzenēs implantētos elektrodus var izmantot, lai pārvietotu kursoru datora ekrānā un pat veiktu vienkāršu kustību ar robotu roku. Bet šie un citi pētījumi ir aprobežoti ar vienas vai divu dimensiju kustībām, un, izņemot dažus gadījumus, izmantojot mehānisko roku vai satvērēju, tie tika veikti virtuāli uz ekrāna.
Jaunākajā pētījumā, ko vada neirozinātnieks Endrjū Švarcs Pitsburgas Universitātē mērkaķis spēja veikt sarežģītāku uzdevumu. Endijs ir spēris šo soli tālāk, lai izveidotu praktisku ierīci, kas varētu būt noderīga reālajā pasaulē, saka Džons Kalaska , neirozinātnieks Monreālas Universitātē Kanādā, kurš uzrakstīja komentāru, kas bija pievienots publikācijai. Dzīvnieks var vienkārši, izmantojot sava veida garīgo praksi, likt robotam virzīties uz vietu, kur atrodas [barība], aizvērt roku un atnest to atpakaļ pie mutes un ļaut viņam to apēst.
Lai sasniegtu varoņdarbu, diviem pērtiķiem motora garozā, kas ir smadzeņu daļa, kas kontrolē motora plānošanu un izpildi, tika implantēts mikroelektrodu režģis. Dzīvnieki iepriekš bija apmācīti pārvietot antropomorfu robotu roku ar kustīgām locītavām plecos, elkoņos un plaukstas locītavās, izmantojot kursorsviru. Lai iemācītos vadīt protēzi ar prātu, pērtiķiem rokas uz laiku tika savaldītas, kad viņi skatījās, kā dators virza roku vajadzīgajās kustībās – lai izstieptu roku līdz ēdiena gabalam, satvertu to, pienestu pie mutes un atlaidiet to. Viņi iedomājas, ka veic uzdevumu, tāpat kā sportisti to dara sportam, saka Švarcs. Neironi ir aktīvi, kad tie novēro kustību, un tad mēs varam uztvert [neironu signālus] un izmantot tos mūsu pašu kontrolei.
Schwartz un viņa komanda izmantoja salīdzinoši vienkāršus algoritmus, lai atšifrētu novērošanas fāzē reģistrētos neironu aktivitātes modeļus, un pēc tam izmantoja šo informāciju, lai kontrolētu robotu roku reāllaikā. (Zinātnieki var secināt gan paredzētās kustības virzienu, gan ātrumu no neironu ansambļu aktivitātes motorajā garozā: konkrētu šūnu kolekciju aktivitāte norāda virzienu, bet kopējā signāla amplitūda nosaka ātrumu.)
Jau pēc divu dienu apmācības pērtiķi iemācījās kontrolēt roku trīs dimensijās un kontrolēt galā novietoto satvērēju, kas darbojas kā roka. Dzīvnieki pat iemācījās izmantot roku tā, kā viņi nebija apmācīti: pievienotajā video redzams, kā dzīvnieks izmanto roku, lai iegrūstu mutē ēdiena gabalu. Otrajā videoklipā pērtiķis pievelk satvērēju atpakaļ pie mutes un laiza to, ignorējot citu ēdiena gabalu. Viņam tik labi padodas izmantot šo rīku, ka viņš par to var domāt kā par sava ķermeņa daļu, saka Švarcs. Apmācības procesu viņš salīdzina ar mācīšanos lietot peli, lai vadītu datora kursoru. Pēc noteikta mācību perioda jūs nedomājat par to, kā jāaktivizē rādītājpirksta muskulis, lai nospiestu peles kreiso pogu, viņš saka. Tādā veidā jūs esat iemiesojis kursoru uz ekrāna.
Švarcs un viņa līdzstrādnieki tagad testē tehnoloģiju cilvēkiem. Pirmais testa brauciens, kas tika uzsākts tikai pagājušajā nedēļā, ir epilepsijas pacientam, kuram tiek veikta diagnostikas pārbaude, kas pazīstama kā elektrokortikogrāfija, kurā elektrodi tiek ķirurģiski novietoti uz smadzeņu virsmas, lai mēģinātu identificēt krampju avotu. Virsmas elektrodi ir precīzāki nekā neinvazīvie galvas ādas ieraksti, un tie ir mazāk invazīvi nekā smadzenēs implantētie elektrodi, lai gan tie nodrošina rupjāku kontroles līmeni. Zinātnieki veiks šo diagnostikas testu un mēģinās izmantot signālus, kas ierakstīti no elektrodiem, lai vadītu datorprogrammu.
Ja tas izdosies, pētnieki sāks pārbaudīt tehnoloģiju ALS pacientiem. Šīs slimības beigu stadijā pacienti ir pilnībā paralizēti; smadzeņu vadīta datorprogramma varētu palīdzēt viņiem veikt elementāras lietas, piemēram, rakstīt e-pastu. Mēs domājam, ka tas viņiem varētu dot iespēju sazināties ar citiem ātrāk nekā esošās metodes, saka Švarcs. Mēs ceram, ka varēsim izveidot saskarni mērenam rakstīšanas ātrumam, apmēram 30 līdz 40 vārdiem minūtē.
Pētnieku mērķis ir nākamo divu gadu laikā pārbaudīt pilnībā implantētus elektrodus, piemēram, tos, ko pērtiķiem izmanto, lai kontrolētu robotu roku. Ar cilvēkiem es pilnībā ceru iegūt daudz labāku kontroli, saka Švarcs. Viņš saka, ka ne tikai to, ka ir vieglāk apmācīt, viņi, cerams, var izskaidrot, kas ir grūti vai jāuzlabo.
Pat ja šie testi ir veiksmīgi, joprojām pastāv ievērojami šķēršļi, pirms šādas ierīces var regulāri lietot pacientiem. Pašlaik izmantotie elektrodi nav ideāli piemēroti ilgstošai ierakstīšanai: signāli laika gaitā pasliktinās. Un visa sistēma galu galā būs jāpadara pārnēsājama un bezvadu vai vismaz lietotājam draudzīga. Mums tas ir jāpadara pietiekami vienkārši, lai pacienti varētu praktizēt jebkurā laikā, kad vien vēlas, nevis lai tehniķis nāk mājās un uzstāda sarežģītu aprīkojumu, saka Švarcs. Mēs ceram, ka tiks uzlaboti elektrodu bloki — no bioaktīviem pārklājumiem līdz telemetrijai. Pēc diviem gadiem lielai daļai no tā vajadzētu būt vietā.