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 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.
Ну, в принципе, сигнал от ваших ладоней точно так же идет в эти участки мозга, и вы осязаете. Просто в эксперименте нейроны коры получают сигнал не от других нейронов, а от электродов. Мне кажется, первым должно быть безразлично, каков источник сигнала, если он соответствует нужным характеристикам.
Сказать наверняка трудно, но вроде бы не должно сильно отличаться от обычных ощущений.
Чем-то напомнило другой эксперимент. Не до конца уверен, что это не псевдо-наука, но тем не менее заинтересовало. Наш ученый занимался проблемами слепых людей. На голову вешалась камера, только вот сигнал от нее шел не к зрительным нервам, а на специальную матрицу из электродов. И матрица эта закреплялась, не поверите, на языке подопытного. После некоторых тренировок люди обретали некое подобие зрения, ориентировались в пространстве и различали крупные фигуры. Причем у них активировалась зрительная кора. Мозг как-то подстраивался под новый источник информации.

Понравился комментарий этого ученого про разрешение подобной "камеры". Любой журналист первым делом задавал ему такой вопрос. А электродов там довольно мало, что-то вроде 16x16 или около того. Тот в ответ спросил, а с чего вы решили, что у зрения разрешение во много раз больше? И вообще говорит, этот термин тут не очень применим: мы видим преимущественно узкое поле по центру, все остальное - это слабое периферийное зрение, что бы что-то там разглядеть, вы повернете глаз в ту сторону. Да и мозг очень многое дорисовывает сам.
:) Может кстати и у вас читал. Или где-то в инете, на Русском Репортере может быть.
В т.н. сенсорно-моторную область. Это борозда такая примерно посередке каждого полушария. А каким образом - вскрыли череп, вставили электроды и залили это место специальным затвердевающим материалом.
а можно поконкретнее как это делается? я в теме, если что. что за электроды? в какой слой коры?
Поконкретнее почитайте раздел "Методы" в статье. Не хотел бы заниматься перессказом. Если нужен текст, вышлю.