Обезьяна-резус в Гонконге в апреле 2011 года. Обезьяны, которым имплантировали мозговые электроды, могли видеть и перемещать виртуальный объект и ощущать текстуру того, что они видели, – шаг вперед в стремлении помочь сильно парализованным людям снова прикоснуться к внешнему миру.
(Medical Xpress) – В ходе первой в истории демонстрации двустороннего взаимодействия между мозгом приматов и виртуальным телом две обезьяны, обученные в Центре нейроинженерии Университета Дьюка, научились использовать только мозговую активность, чтобы двигать рукой аватара и идентифицировать текстура виртуальных объектов.
"Когда-нибудь в ближайшем будущем пациенты с параличом нижних конечностей воспользуются этой технологией не только для того, чтобы двигать руками и руками и снова ходить, но и для того, чтобы ощущать текстуру предметов, помещенных в их руки, или ощущать нюансы местности, на которой они прогуляться с помощью носимого роботизированного экзоскелета," сказал Мигель Николелис, M.D., Ph.D., профессор нейробиологии Медицинского центра Университета Дьюка и содиректор Центра нейроинженерии Дьюка, который был старшим автором исследования.
Не двигая какой-либо частью своего реального тела, обезьяны использовали свою электрическую мозговую активность, чтобы направить виртуальные руки аватара на поверхность виртуальных объектов и при контакте могли различать их текстуры.
Хотя виртуальные объекты, использованные в этом исследовании, были визуально идентичны, они были спроектированы так, чтобы иметь разные искусственные текстуры, которые можно было бы обнаружить, только если бы животные исследовали их виртуальными руками, контролируемыми непосредственно электрической активностью их мозга.
Текстура виртуальных объектов была выражена как набор мельчайших электрических сигналов, передаваемых в мозг обезьян. Три различных электрических паттерна соответствовали каждой из трех различных текстур объекта.
Поскольку никакая часть реального тела животного не была задействована в работе этого интерфейса мозг-машина-мозг (BMBI), эти эксперименты предполагают, что в будущем пациенты, серьезно парализованные из-за поражения спинного мозга, могут воспользоваться этой технологией, а не только для восстановления подвижности, но также и для восстановления их осязания, – сказал Николелис, старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature в октябре. 5.
"Это первая демонстрация интерфейса мозг-машина-мозг, который устанавливает прямую двунаправленную связь между мозгом и виртуальным телом," Николелис сказал. "В этом BMBI виртуальное тело напрямую контролируется активностью мозга животного, в то время как его виртуальная рука генерирует информацию тактильной обратной связи, которая передается через прямую электрическую микростимуляцию другой области коры головного мозга животного."
"Мы надеемся, что в ближайшие несколько лет эта технология может помочь восстановить более автономную жизнь многим пациентам, которые в настоящее время заблокированы, не имея возможности двигаться или испытывать какие-либо тактильные ощущения от окружающего мира," Николелис сказал.
"Это также первый раз, когда мы наблюдаем мозг, управляющий виртуальной рукой, которая исследует объекты, в то время как мозг одновременно получает электрические сигналы обратной связи, которые описывают тонкую текстуру объектов, которых «коснулась» недавно обретенная виртуальная рука обезьяны," Николелис сказал. "Такое взаимодействие между мозгом и виртуальным аватаром было полностью независимым от реального тела животного, потому что животные не двигали своими настоящими руками и кистями и не использовали свою настоящую кожу, чтобы прикасаться к объектам и определять их текстуру. Это почти как создание нового сенсорного канала, через который мозг может возобновить обработку информации, которая больше не может достичь его через реальное тело и периферические нервы."
Комбинированная электрическая активность популяций 50-200 нейронов моторной коры головного мозга обезьяны управляла движением руки аватара, в то время как тысячи нейронов в первичной тактильной коре головного мозга одновременно получали непрерывную электрическую обратную связь от ладони виртуальной руки, которая позволяла обезьяне различать между объекты, основываясь только на их текстуре.
"Замечательный успех с нечеловеческими приматами – это то, что заставляет нас поверить в то, что люди смогут гораздо легче выполнить ту же задачу в ближайшем будущем," Николелис сказал.
Одной обезьяне потребовалось всего четыре попытки и еще девять попыток, прежде чем они научились выбирать правильный объект во время каждого испытания. Несколько тестов показали, что обезьяны действительно ощущали объект, а не выбирали его случайным образом.
Полученные данные предоставляют дополнительные доказательства того, что возможно создать роботизированный экзоскелет, который могут носить сильно парализованные пациенты, чтобы исследовать и получать обратную связь от внешнего мира, сказал Николелис. Такой экзоскелет будет напрямую контролироваться произвольной мозговой активностью пациента, чтобы позволить пациенту двигаться автономно. Одновременно датчики, распределенные по экзоскелету, будут генерировать тип тактильной обратной связи, необходимой мозгу пациента для определения текстуры, формы и температуры объектов, а также многих особенностей поверхности, по которой они ходят.
Этот общий терапевтический подход выбран международным некоммерческим консорциумом Walk Again Project, созданным группой бразильских, американских, швейцарских и немецких ученых, целью которого является восстановление полной подвижности тела пациентов с параличом нижних конечностей через мозг. -Машинно-мозговой интерфейс реализован в сочетании с роботизированным экзоскелетом всего тела.
Международная научная группа недавно предложила провести свою первую публичную демонстрацию такого автономного экзоскелета во время игры открытия чемпионата мира по футболу 2014 года, который пройдет в Бразилии.