Исследователи создали роботизированную руку, управляемую силой мысли

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско позволили парализованному мужчине управлять роботизированной рукой с помощью устройства, которое передает сигналы из его мозга в компьютер. Просто представляя свои действия, он может брать, перемещать и бросать предметы. Исследование, финансируемое Национальными институтами здравоохранения, опубликовано в журнале Cell.

Устройство, известное как интерфейс мозг-компьютер (BCI), проработало рекордные семь месяцев без необходимости в корректировке. До сих пор подобные устройства работали всего день или два.

В основе BCI лежит модель искусственного интеллекта, которая адаптируется к едва заметным изменениям в мозге, когда человек повторяет движение (или, в данном случае, воображает движение), постепенно совершенствуя свою способность его выполнять.

«Такое сочетание обучения между людьми и искусственным интеллектом — это следующий этап развития интерфейсов мозг-компьютер, — говорит невролог Карунеш Гангули, доктор медицины, доктор философии, профессор неврологии и сотрудник Института нейронаук UCSF Weill Institute for Neurosciences. — Это то, что нам нужно для достижения сложных, реалистичных функций».

Ключевым моментом стало открытие того, как активность в мозге меняется изо дня в день, когда участник исследования многократно представляет себе выполнение определенных движений. Как только ИИ был запрограммирован на учет этих сдвигов, он работал в течение нескольких месяцев подряд.

Гангули изучал, как паттерны мозговой активности животных представляют определенные движения, и заметил, что эти представления меняются с каждым днем по мере обучения животного. Он подозревал, что то же самое происходит и у людей, и именно поэтому их BCI так быстро теряют способность распознавать эти паттерны.

Гангули и Никхилеш Натрадж, доктор философии, исследователь в области неврологии, совместно работали с участником исследования. Несколько лет назад мужчина перенес инсульт, после чего оказался парализован и потерял способность говорить и двигаться.

На поверхность его мозга ученые имплантировали крошечные датчики, которые могли улавливать мозговую активность, когда он представлял себе движение. Чтобы проверить, меняются ли его мозговые паттерны с течением времени, Гангули попросил участника представить, как он двигает различными частями своего тела — руками, ногами или головой.

Хотя на самом деле мужчина не мог двигаться, его мозг все равно мог генерировать сигналы для движения, когда он представлял себя делающим это. BCI записывал представления мозга об этих движениях с помощью датчиков на его мозге. Команда Гангули обнаружила, что форма представлений в мозге остается неизменной, но их местоположение слегка смещается изо дня в день.

Затем участник попробовал управлять роботизированной рукой и кистью. Но движения все равно были не очень точными. Тогда Гангули попросил участника потренироваться на виртуальной руке-роботе, которая давала ему обратную связь о точности его визуализации. В конце концов он заставил виртуальную руку делать то, что он хотел.

После того, как участник начал тренироваться на реальной руке робота, ему потребовалось всего несколько тренировок, чтобы перенести свои навыки в реальный мир. Он мог заставить роботизированную руку подбирать блоки, поворачивать их и перемещать в новые места. Он даже мог открыть шкаф, достать чашку и поднести ее к диспенсеру для воды.

Спустя несколько месяцев участник все еще мог управлять роботизированной рукой после 15-минутной «настройки», которая проводилась с целью корректировки того, как изменились его представления о движении с тех пор, как он начал использовать устройство.

Сейчас Гангули дорабатывает модели ИИ, чтобы роботизированная рука двигалась быстрее и плавнее, и планирует протестировать BCI в домашних условиях. «Я уверен, что мы научились строить систему, и что мы сможем заставить ее работать», — сказал он.

Ранее ученые создали имплант, вставляющийся в мозг, который меняет настроение людей. Новаторское исследование Национальной службы здравоохранения направлено на улучшение настроения пациентов с помощью интерфейса «мозг — компьютер». Эта технология напрямую изменяет активность мозга с помощью ультразвука. Такие устройства могут облегчить состояние пациентов с такими заболеваниями, как депрессия, наркомания, обсессивно-компульсивное расстройство и эпилепсия.