AI позволяет управлять роботизированной конечностью при помощи мысли, что может привести к прорыву в сфере протезирования
Привет. Если вы потеряли способность использовать свои руки, мысль о возможности управлять роботизированным протезом руки вашим умом может показаться удивительной идеей. Если, конечно, вам не скажут, что необходима серьезная операция, чтобы вставить в ваш мозг специальный чип.
К счастью, ученые из Университета Миннесоты разработали альтернативу: технологию, которая позволила бы людям управлять роботизированной конечностью только при помощи их мысли, без необходимости проведения операций или установки имплантатов в мозг. Это важный шаг в развитии неинвазивных интерфейсов мозг - компьютер (BCI), которые создают прямую связь между мозгом и внешним устройством. Хотя предыдущие эксперименты показали, что интерфейсы мозг-компьютер могут позволить людям управлять виртуальными объектами, например, перемещать курсор на экране или вертолет в летном тренажере и даже реальными объектами, такими как маленькие квадроциклы, новое исследование выводит технологию на следующий уровень.
«Впервые в мире люди могут управлять роботизированной рукой, чтобы охватить и захватить объекты в сложной трехмерной среде, используя только свои мысли без мозгового имплантата», - сказал Бинь Хэ, биомедицинский инженер-инженер Университета Миннесоты и ведущий автор исследования. «Только воображая, что они двигают руками, они смогли перемещать роботизированную руку».
Посмотрите за этой магией без рук:
Трансляция мысли при помощи машинного обучения
Интерфейс "мозг -компьютер" был построен с использованием электроэнцефалографии (ЭЭГ), метод мониторинга, который отслеживает электрическую активность мозга. В частности, исследователи сосредоточили внимание на моторной коре, той части мозга, которая контролирует движение. Когда человек движется или просто думает о выполнении движения, нейроны в этой области мозга будут генерировать электрический ток, который можно измерить с помощью инструментов ЭЭГ. Используя расширенную обработку сигналов и при помощи машинного обучения, эти «мысли» затем транслируются в реальном времени в команды, которые будут двигать роботизированной рукой.
В этом эксперименте команда использовала продвинутую ЭЭГ-шапочку с 64 электродами, которые измеряют электрическую активность мозга, создаваемую в моторной коре испытуемого при мысли о движении. Поскольку нейроны мозга постоянно взаимодействуют и активно работают, разные мысли о разных движениях могут наслаиваться и производить так называемый нервный «шум», который необходимо фильтровать. Эти разные слои активности мозга отображаются при помощи функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI), сортируются и анализируются с использованием передовых методов обработки сигналов.
Перед управлением роботизированной рукой участники теста были обучены перемещению виртуальных объектов на экране. Затем они научились перемещению объектов из стационарных мест и, наконец, к перемещению объектов из различных мест со стола на трехъярусную полку с помощью роботизированной руки, используя лишь свои мысли. На заключительном этапе испытаний испытуемые уже проявляли замечательную точность, демонстрируя успешность более, чем в 70 процентах.
Использование технологии в сфере протезирования
Как справедливо можно было бы предположить, результаты исследования могут дать надежду и большую независимость людям с нервно-мышечными расстройствами, которые пострадали от инсульта, паралича и травм спинного мозга. Несмотря на то, что они теряют способность контролировать свои мышцы, мозг этих людей по-прежнему способен продуцировать нейронные сигналы, необходимые для управления роботизированным протезом.
«Три года назад мы не были уверены в том, что сможем управлять более сложной роботизированной рукой, чтобы брать и перемещать объекты, используя эту технологию интерфейса «мозг-компьютер», говорят разработчики.
Теперь исследователи обращают свое внимание на усовершенствование этого интерфейса, который будет крепиться к телу, для развития контролируемого разумом роботизированного протезирования. Такие неинвазивные технологии делают ненужным хирургическое вмешательство и устраняют риск заражения и других осложнений.
Такие неинвазивные интерфейсы "мозг-компьютер" могут стать будущим способом легкого манипулирования не только протезными конечностями, но и вспомогательными экзоскелетами, которые повысят мобильность быстро стареющего населения, а также возможно, вернут способность движения полностью или частично парализованным людям.
