homuncul

Ощупывать мозгом

Исключительно важная работа по трансляции тактильных ощущений опубликована на днях в Nature.

Мигель Николелис (Miguel Nicolelis), нейрофизиолог, возглавляющий Center for Neuroengineering, не перестает удивлять очередными достижениями. Лаборатория Николелиса специализируется на интерфейсах мозг-компьютер (ИМК). В начале 2000-х они наделали шуму, когда имплантировали электроды в моторную кору макаки и научили ее управлять объектом на экране с помощью джойстика. Аврора (так звали обезьяну) левой рукой двигала джойстик, а соответствующие сигналы от ее мозга шли на процессор, преобразующий эти сигналы в движения манипулятора, находившегося в другом месте. Манипулятор точно воспроизводил движения руки макаки. Тем самым проверялась работа ИМК.

Однажды экспериментаторы решили отключить джойстик, чтобы виртуальный объект на экране управлялся непосредственно сигналами от мозга Авроры (о чем она, само собой, не подозревала). Однако затем произошло то, что заставило всех присутствующих застыть на месте. В какой-то момент Аврора поняла, что двигать джойстик нет необходимости: она убрала с него руку и продолжала перемещать курсор на экране исключительно силой мысли. Можете посмотреть, как это было: видео. По признаниям ученых, в тот момент они ощутили, что присутствуют при рождении новой эры в развитии нейро-машинных технологий.

Позднее, в 2008 г., группа Николелиса провела успешный эксперимент, в котором другая обезьяна (кстати, двоюродная сестра Авроры) посредством активности мозга в течение трех минут контролировала движения шагающего робота, находившегося за тысячи километров от нее (в Японии): видео.

В том же году в Университете Питтсбурга макака научилась управлять механическим манипулятором с несколькими степенями свободы, который реагировал на команды, посылаемые мозгом. Эти кадры обошли весь мир: видео.

И вот началось новое десятилетие, и Николелис сделал следующий шаг вперед. Он добился того, чтобы сигналы шли не только от мозга в компьютер (на «выход»), но и в обратном направлении (на «вход»). Обезьяна теперь не просто управляет движением виртуальной руки, но и получает от нее обратную связь. В частности, таким способом мозг животного смог различать «текстуры» визуально неотличимых объектов. Что фактически равносильно осязанию. Без участия тела. И снова лучше один раз увидеть: видео.

Соответственно, теперь это следует называть «интерфейс мозг-машина-мозг». И что характерно, прогресс в этом направлении ускоряется. Реальные аватары уже показались на горизонте. Николелис написал небольшую заметку в Scientific American, где описывает далекие перспективы таких технологий (Mind Out of Body). Для более вдумчивого чтения у него в этом году вышла книга Beyond Boundaries, где вопрос раскрыт во всей полноте. С фрагментами можно ознакомиться здесь.


O’Doherty, J. E. et al. (2011) Active tactile exploration using a brain–machine–brain interface.Nature [Abstract]

Свежий номер журнала Progress in Brain Research целиком посвящен технологиям ИМК и возможным социальным последствиям: ссылка. Там, к слову, есть и статья Николелиса.

А любопытно, Вы касались в Вашем ЖЖ темы гипноза? Интересно, как нейронаука его рассматривает - интерфейс "мозг-мозг"?
При условии, что это действительно интересно биологам, у меня только один вопрос. И что?
Искусственные руки и ноги для безруких и безногих, возможность управлять аппаратами силой мысли, мало ли применений
А как обратная связь организуется? Как работает BCI то понятно: снимается ЭЭГ с коры мозга (ну либо непосредственно электроды в мозгу). А обратно как подавать сигнал? И что значит их сравнение с осязанием?

Кстати только вчера посмотрел Исходный Код. Выходит, что подобное не такая уж и фантастика :).
Электроды непосредственно вживлены в мозг. Обратно сигнал подается на них. Ну и в зависимости от "текстуры" поверхности сигнал идет разный. Так что мозг их различает.
Ты видешь суслика? Нет. и я нет, а он есть.
Там нет никакой обезьяны в этих видео, я слышу только разговоры о ней. В первом клипе есть хотя бы рука, похожая на обезьянью, в остальных мультяшная макака...
Re: Ты видешь суслика? Нет. и я нет, а он есть.
У вас даже рук не видно.. :) Просто буковки на экране.
Даж не знаю, как реагировать на такую новость.

Традиционным вопросом, что ли?!?

Хорошо, задаю: когда уже будут говорящие собачки?

:)
Ну все, сейчас военные в эту тему вцепятся.Начнут летчикам-истребителям электроды имплантировать. Чтобы те при сильных перегрузках руками не шевелили, а управляли самолетом через мозговой интерфейс.
Военные эту тему давно уже держат крепко. У них право первой ночи.
Любопытно, мозг сам обучается и подстраивается под появившийся протез (как зрение через язык), или локализация для вживления так удачно поймана? Какая зависимость от охваченной площади мозга, количества электродов, каково время обучения?
И почему мучают именно обезьян, а не мышей, как положено?
:)
Чем больше электродов, тем при прочих равных лучше. Локализация, естественно, важна. Но мозг тоже обучается. А обезьян мучают, потому что и мозг у них гораздо больше (удобнее попадать), и задачи могут выполнять более сложные.
Это круто, конечно — спору тут нет. Но, если взглянуть в ретроспективе, то макаки с вживленными в мозг электродами были еще в 60-х. Вероятно, основное достижение и новизна здесь практические: из теории и предыдущих экспериментов известно, что вызывать ощущения, раздражая определенные области коры, можно.

Здесь было бы интересно взглянуть на технологические проблемы, пока еще препятствующие применения этих пятидесятилетних наработок на людях. Не можно, конечно, упрекать доктора в гипервентилции — если бы я такое сделал, я бы не так еще прыгал на его месте — но интересно, почему до сих пор разъем в черепушке не является обычным способом, например, вернуть человеку зрение. Слуховые аппараты уже во всю применяются (cochlear implants), но они подключаются к слуховому нерву. А аппаратов, подключаемых непосредственно к мозгу, кроме единичных экспериментов — так и нет. Интересно бы понять, что пока мешает этому?
(Anonymous)
50 лет назад был один, ну два вживленных электродов, довольно толстых, с не самой большой точностью. Теперь на площади в 1 см. их сотни, а будет тысячи.С микропроцессорным управлением.
digest & chili
User cynical_sceptic referenced to your post from digest & chili saying: [...] серию электромикрографий (буду теперь их так называть). Есть очень красивые, и там, и там. Вот это [...]