Rozprávať sa s príbuznými, hrať počítačovú hru a ovládať protézu - to všetko sa dá robiť dokonca
Ako sa paralyzovaní ľudia vrátia do normálneho života?
James Johnson dúfa, že si jedného dňa bude môcť sadnúťopäť za volantom. Ak to urobí, potom len pomocou sily svojich myšlienok. V marci 2017 si Johnson pri nehode zlomil krk a zostal takmer úplne paralyzovaný od ramien nadol.
Johnsonovi rehabilitační špecialisti ho predstavilivýskumníci z Kalifornského technologického inštitútu (Caltech) v Pasadene. Bol pozvaný, aby sa zapojil do klinického skúšania rozhrania mozog-počítač (BCI alebo BCI).
Najprv podstúpil neurochirurgickú operáciu aimplantovali dve mriežky elektród do mozgovej kôry. Tieto elektródy zaznamenávajú vypaľovanie neurónov v mozgu. Ďalej výskumníci používajú algoritmy na dešifrovanie jeho myšlienok a zámerov. Systém potom využíva Johnsonovu mozgovú aktivitu na ovládanie počítačových aplikácií alebo na pomoc pri pohybe konkrétnym smerom.
Keď Johnson prvýkrát použil rozhranie mozog-počítač, implantované v novembri 2018, dokázal pohybovať kurzorom po obrazovke. Aby ste to urobili, museli ste o tom len premýšľať.
Odvtedy Johnson používa na kontrolu BCIrobotické rameno na hranie videohier a riadenie simulovaného auta vo virtuálnej realite. Johnson je jedným z 35 ľudí, ktorí majú BCI dlhodobo implantovaný do mozgu. Takéto štúdie vykonáva len asi 12 laboratórií, ale tento počet rastie.
Ako dobre čítajú zariadenia myšlienky a pomáhajú vám robiť to, čo chcete?
Za posledných päť rokov sa rozsah zručností, ktorémožno obnoviť pomocou BCI sa výrazne rozšírila. Práve v roku 2021 vedci opísali prípad, keď pacient použil robotické rameno, ktoré mu poslalo senzorickú spätnú väzbu priamo do mozgu. Tiež protetické rečové zariadenie pre tých, ktorí stratili schopnosť hovoriť v dôsledku mŕtvice. A človek, ktorý dokázal komunikovať rekordne rýchlo, pričom si predstavoval, že píše rukou.
Dá sa reč obnoviť?
„Jedným z najvážnejších následkov poranenia mozgu je strata schopnosti komunikovať,“ hovorí Edward Chang, neurochirurg a neurovedec z Kalifornskej univerzity v San Franciscu.
Na začiatku práce s BCI sa mohli účastníci pohybovaťkurzor na obrazovke počítača, predstavujúc si pohyb svojej ruky a spôsob stláčania klávesov. Táto komunikácia založená na kurzore bola schopná prenášať približne 40 znakov za minútu, čo je rekord, ktorý v roku 2017 vytvoril tím pod vedením Krishna Shena, neurovedca zo Stanfordskej univerzity v Kalifornii.
Potom, v roku 2021, tá istá skupina oznámila nový prístup, v ktorom člen, Dennis Degrare, dokázal sprostredkovať dvakrát toľko postáv.
Shenoyov kolega - Frank Willett - navrhol Degrayovipredstavte si, ako píše slová ručne, zatiaľ čo výskumníci študujú údaje z jeho motorickej kôry. Systém mal niekedy problém analyzovať signály, ktoré sa týkali písmen vizuálne podobných písmenu – r, n a h, ale vo všeobecnosti dokázal ľahko identifikovať všetky písmená.
Algoritmus dekódovania ukázal presnosť 95 %, no pri použití automatickej korekcie podobnej ako v bežnom smartfóne sa presnosť zvýšila na 99 %.
Existuje však aj iný spôsob prenosu informácií.Edward Chang, neurochirurg a neurovedec z Kalifornskej univerzity v San Franciscu, prišiel s prístupom, ktorý sa zameriava skôr na rozprávanie ako na písanie. Rovnako ako text sa skladá z jednotlivých písmen, reč sa skladá z jednotlivých jednotiek nazývaných fonémy. V angličtine existuje asi 50 foném: každá sa dá získať určitým pohybom vokálneho traktu, jazyka a pier.
Changova skupina najprv pracovala na štúdiu častiMozog, ktorý vytvára fonémy, a teda aj reč, je zle pochopená oblasť nazývaná dorzálna laryngeálna kôra. Výskumníci vytvorili systém dekódovania reči, ktorý zobrazuje dekódované signály používateľa ako text na obrazovke. V roku 2021 skupina uviedla, že zariadenie umožnilo osobe komunikovať pomocou vopred určenej sady 50 slov. Rýchlosť bola 15 slov za minútu.
V tomto prípade vedci nezaznamenali údaje zjednotlivé neuróny. Namiesto toho použili elektródy umiestnené na povrchu mozgovej kôry, ktoré zisťujú priemernú aktivitu všetkých neurónov. Signály nie sú také presné ako signály z elektród implantovaných do mozgovej kôry, ale tento prístup je menej invazívny.
Existujú takéto zariadenia vo verejnej sfére?
Dnes väčšina implantátovktoré zaznamenávajú činnosť jednotlivých neurónov, vytvoril Blackrock Neurotech. Sú to vývojári zdravotníckych zariadení so sídlom v Salt Lake City. Za posledných sedem rokov sa však komerčný záujem o BCI dramaticky zvýšil. Napríklad v roku 2016 podnikateľ Elon Musk spustil NeuraLynx v San Franciscu s cieľom vyvinúť podobné zariadenie. Spoločnosť získala 363 miliónov dolárov.
Predseda predstavenstva Blackrock NeurotechFlorian Solzbacher uviedol, že systém BCI chce uviesť na trh do roka. V novembri 2021 spustil americký Úrad pre kontrolu potravín a liečiv (FDA), ktorý reguluje zdravotnícke pomôcky, zrýchlený proces preskúmania produktov spoločnosti, aby ich uvedenie na trh bolo jednoduchšie. Možno sa ich rozhranie stane prvým masovým produktom v tejto oblasti.
Čo bude ďalej?
Odborníci zdôrazňujú, že vývojárikomerčné BCI zariadenia budú musieť fungovať bez akéhokoľvek odborného dozoru mesiace či dokonca roky. Je tiež dôležité zabezpečiť, aby rozhranie fungovalo rovnako dobre pre každého používateľa.
Poznamenali tiež, že pokrok v strojovom učení pomôže vyriešiť prvý problém. Ale dosiahnuť univerzálnu účinnosť bez ohľadu na používateľa je náročnejšia úloha.
Okrem toho to zdôrazňujú aj eticiže používatelia by si mali ponechať plnú kontrolu nad údajmi zariadenia. Moderné technológie nedokážu rozlúštiť súkromné myšlienky ľudí, vývojári však budú mať k dispozícii údaje o všetkých dialógoch používateľa, ako aj dôležité údaje o zdraví jeho mozgu. Je potrebné poznamenať, že IMC je nový typ rizika kybernetickej bezpečnosti.
Čítaj viac:
Po stáročia sa loví: čo vieme o planéte Vulcan vedľa Slnka
Fyzici experimentálne potvrdili nový základný zákon pre kvapaliny
Astronómovia našli zdroj záhadných rádiových výbuchov, ktoré prichádzajú z vesmíru