Как обеспечить протез осязанием?

Хотя протезы рук дают инвалидам возможность хватать объекты, они не предлагают осязания. Это означает, что человек вынужден наблюдать, как его роботизированная рука действует, поскольку не может «на автомате» схватить или толкнуть объект.

Однако исследователи из Чикагского университета, возможно, нашли способ обеспечить протезы чувством осязания. Исследование, которое появилось в трудах Национальной академии наук США, частично финансируется оборонным агентством DARPA, поэтому очевиден интерес военных к этим разработкам. За мечтами о боевых киборгах прячутся более прозаические дела помощи потерпевшим ветеранам.

Как пишется DNews, работа под руководством Слимана Бенсмайа, ассистент-профессора по биологии и анатомии, определяет паттерны (модели) нейронной активности, которые возникают, когда обезьяна манипулирует объектами, а затем искусственным образом воссоздает эти паттерны.

Изначально Слиман и его команда подключали электроды к областям мозга обезьяны, которые соответствовали каждому из пальцев. Идея заключалась в том, чтобы выяснить, какие изменения в активности происходят, когда обезьяна берет что-то или прикасается к чему-то.

Затем исследователи трогали пальцы животного, используя устройство, которое производит определенное давление. Обезьяны были вознаграждены, если правильно определяли, какой палец был тронут — животное просто смотрело в нужном направлении. Затем, исследователи повторили те же действия, но наоборот, посылая искусственный сигнал через электрод в мозг обезьяны, в результате чего животные действовали так, будто пальцы подвергались прикосновению устройства — определяли, к каким пальцам прикасаются, даже когда этого не происходило.

Следующим шагом было ощущение давления. Ученые обучали обезьян определять, какому давлению подвергается палец: слабому или сильному. Для этого команда Бенсмайа написала компьютерную программу, которая производила такой же электрический ток, который давал ощущение давления. И снова животные реагировали так, словно касались чего-то.

Наконец, ученые исследовали сигналы мозга, которые возникали во время «контакта». Когда рука обезьяны изначально прикасалась к чему-то или испытывала давление, мозг показывал всплеск активности. Этот выброс, в дополнение к сигналам давления и определения отдельных пальцев, говорит мозгу, что с рукой начинает что-то происходить еще до того, как поступят первые сигналы. Ученые повторили эти сигналы искусственным путем.

Программируя сигналы искусственной конечности, можно восстановить ощущение прикосновения. Так же как природные конечности посылают сигналы в мозг, так же и искусственные могут это делать, за исключением того, что роль нервных клеток будут выполнять электроды, связанные с соответствующими частями мозга. Ампутанты могли бы осязать протезами.

Программа пока не прошла испытание на людях. Но «обезьяньи» результаты являются многообещающими, и это могло бы решить не только проблему сенсорики, но и помочь, например, человеку поддерживать равновесие на искусственных ногах.