technika
Autor: Richard Andersen | dodano: 2019-04-24
Wystarczy myśl

Interfejs mózg-maszyna nowej generacji potrafi odczytać nasze zamiary.

Za każdym razem ten widok wywołuje u mnie o gęsią skórkę. Sparaliżowany ochotnik na wózku inwalidzkim myślą steruje robotyczną kończyną, demonstrując, jak w praktyce działa interfejs mózg-maszyna. To zdarzyło się w moim laboratorium w 2013 roku: Erik Sorto, sparaliżowany w wyniku ran postrzałowych odniesionych w wieku 20 lat, używając własnej woli, zdołał po raz pierwszy od 10 lat samodzielnie napić się piwa. Interfejs mózg-maszyna odczytał impulsy generowane przez neurony ukryte głęboko w korze mózgowej i zamienił je w sygnały sterujące elektromechanicznym ramieniem, które sięgnęło po puszkę, chwyciło ją i podniosło do ust Sorto, by mógł wypić łyk napoju. Stało się to rok po operacji, podczas której wszczepiono pacjentowi elektrody umożliwiające wykorzystanie myśli do sterowania ruchem. Razem ze współpracownikami obserwowałem, jak mężczyzna wykonuje te na pozór proste czynności, które w istocie były bardzo złożone.

Będąc świadkiem takiego zdarzenia, nie sposób nie zapytać, jak można wykorzystać myśli do sterowania ruchem protezy. Codziennie automatycznie poruszamy kończynami i nie musimy w tym celu się koncentrować ani korzystać z jakiegokolwiek wyrafinowanego interfejsu. Neuronaukowcy przez dziesiątki lat pracowali nad odczytaniem sygnałów neuronalnych, które sprawiają, że wykonujemy ruch i chwytamy jakiś przedmiot. Pierwsze ograniczone sukcesy na tym polu zapoczątkowały kolejny etap badań, których celem było podłączenie się do systemu, którym przesyłana jest kakofonia impulsów elektrycznych odzwierciedlająca aktywność 86 mld komunikujących się komórek. Nowa generacja interfejsów mózg-maszyna daje nadzieję na jeszcze większe zbliżenie do celu, jakim jest zbudowanie wydajnego połączenia pomiędzy protezą a mózgiem, a dokładniej jego obszarem odpowiedzialnym za realizację czynności – niezależnie czy chodzi o chwycenie kubka, czy wykonanie następnego kroku.

 

Od mózgu do robota

do zadań interfejsu mózg-maszyna należy „zapisywanie wiadomości”, czyli wysyłanie sygnałów do mózgu i „odczytanie wiadomości” z mózgu. Zapis odbywa się przez stymulację neuronów za pomocą sygnałów elektrycznych. Metoda ta jest już z powodzeniem stosowana w praktyce. Proteza ślimaka stymuluje nerw słuchowy, umożliwiając słyszenie. Pobudzanie ukrytego głęboko w mózgu ośrodka znanego jako jądra podstawne wspomaga leczenie zaburzeń motorycznych związanych z chorobą Parkinsona i drżeniem samoistnym. Trwają też testy kliniczne układów, które dzięki pobudzaniu siatkówki pozwolą łagodzić pewne formy ślepoty.

Z kolei interfejsy mózg-maszyna, które miałyby odczytywać aktywność neuronalną, ciągle znajdują się na etapie badań. Zanim technikę tę uda się zastosować do celów terapeutycznych, trzeba będzie rozwiązać problemy z przechwytywaniem sygnałów neuronalnych. Techniki zgrubnego odczytu są już dostępne. Encefalogram (EEG) rejestruje ogólną aktywność obszarów mózgu o wielkości centymetra, czyli daje obraz wypadkowych sygnałów millionów neuronów, a nie pojedynczych komórek. Z kolei obrazowanie metodą czynnościowego jądrowego rezonansu magnetycznego (fMRI) jest pomiarem pośrednim, opartym na zjawisku zwiększonego przepływu krwi w aktywnym obszarze. Metoda pozwala wprawdzie badać obszary mniejsze niż w przypadku EEG, ale osiągana rozdzielczość nadal jest niewielka. Poza tym przepływ krwi zmienia się dość wolno, a więc fMRI nie pozwala obserwować szybkich zmian aktywności.

 

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 05/2019 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
08/2019
10/2018 - specjalny
Kalendarium
Sierpień
24
W 2000 r. fińscy chemicy ogłosili odkrycie fluorowodorku argonu.
Warto przeczytać
Dlaczego pobudka budzikiem szkodzi? Jak tańczą cząsteczki w porannej kawie? Czy smażąc jajecznicę na śniadanie, wzbogacamy ją o fluor? Tyle pytań, a jeszcze nawet nie wyszliśmy z domu!

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Richard Andersen | dodano: 2019-04-24
Wystarczy myśl

Interfejs mózg-maszyna nowej generacji potrafi odczytać nasze zamiary.

Za każdym razem ten widok wywołuje u mnie o gęsią skórkę. Sparaliżowany ochotnik na wózku inwalidzkim myślą steruje robotyczną kończyną, demonstrując, jak w praktyce działa interfejs mózg-maszyna. To zdarzyło się w moim laboratorium w 2013 roku: Erik Sorto, sparaliżowany w wyniku ran postrzałowych odniesionych w wieku 20 lat, używając własnej woli, zdołał po raz pierwszy od 10 lat samodzielnie napić się piwa. Interfejs mózg-maszyna odczytał impulsy generowane przez neurony ukryte głęboko w korze mózgowej i zamienił je w sygnały sterujące elektromechanicznym ramieniem, które sięgnęło po puszkę, chwyciło ją i podniosło do ust Sorto, by mógł wypić łyk napoju. Stało się to rok po operacji, podczas której wszczepiono pacjentowi elektrody umożliwiające wykorzystanie myśli do sterowania ruchem. Razem ze współpracownikami obserwowałem, jak mężczyzna wykonuje te na pozór proste czynności, które w istocie były bardzo złożone.

Będąc świadkiem takiego zdarzenia, nie sposób nie zapytać, jak można wykorzystać myśli do sterowania ruchem protezy. Codziennie automatycznie poruszamy kończynami i nie musimy w tym celu się koncentrować ani korzystać z jakiegokolwiek wyrafinowanego interfejsu. Neuronaukowcy przez dziesiątki lat pracowali nad odczytaniem sygnałów neuronalnych, które sprawiają, że wykonujemy ruch i chwytamy jakiś przedmiot. Pierwsze ograniczone sukcesy na tym polu zapoczątkowały kolejny etap badań, których celem było podłączenie się do systemu, którym przesyłana jest kakofonia impulsów elektrycznych odzwierciedlająca aktywność 86 mld komunikujących się komórek. Nowa generacja interfejsów mózg-maszyna daje nadzieję na jeszcze większe zbliżenie do celu, jakim jest zbudowanie wydajnego połączenia pomiędzy protezą a mózgiem, a dokładniej jego obszarem odpowiedzialnym za realizację czynności – niezależnie czy chodzi o chwycenie kubka, czy wykonanie następnego kroku.

 

Od mózgu do robota

do zadań interfejsu mózg-maszyna należy „zapisywanie wiadomości”, czyli wysyłanie sygnałów do mózgu i „odczytanie wiadomości” z mózgu. Zapis odbywa się przez stymulację neuronów za pomocą sygnałów elektrycznych. Metoda ta jest już z powodzeniem stosowana w praktyce. Proteza ślimaka stymuluje nerw słuchowy, umożliwiając słyszenie. Pobudzanie ukrytego głęboko w mózgu ośrodka znanego jako jądra podstawne wspomaga leczenie zaburzeń motorycznych związanych z chorobą Parkinsona i drżeniem samoistnym. Trwają też testy kliniczne układów, które dzięki pobudzaniu siatkówki pozwolą łagodzić pewne formy ślepoty.

Z kolei interfejsy mózg-maszyna, które miałyby odczytywać aktywność neuronalną, ciągle znajdują się na etapie badań. Zanim technikę tę uda się zastosować do celów terapeutycznych, trzeba będzie rozwiązać problemy z przechwytywaniem sygnałów neuronalnych. Techniki zgrubnego odczytu są już dostępne. Encefalogram (EEG) rejestruje ogólną aktywność obszarów mózgu o wielkości centymetra, czyli daje obraz wypadkowych sygnałów millionów neuronów, a nie pojedynczych komórek. Z kolei obrazowanie metodą czynnościowego jądrowego rezonansu magnetycznego (fMRI) jest pomiarem pośrednim, opartym na zjawisku zwiększonego przepływu krwi w aktywnym obszarze. Metoda pozwala wprawdzie badać obszary mniejsze niż w przypadku EEG, ale osiągana rozdzielczość nadal jest niewielka. Poza tym przepływ krwi zmienia się dość wolno, a więc fMRI nie pozwala obserwować szybkich zmian aktywności.