Команда исследователей из Университета Хьюстона разработала особый алгоритм, преобразовывающей сигналы активности мозга в движения протеза. Программа позволила человеку с ампутированной правой рукой поднимать объекты с помощью бионической конечности, управляемой с помощью одних лишь мыслей.
Подобные достижения были не редкостью в последние годы, однако новый метод является неинвазивным и основывается на считывании активности мозга с помощью ЭЭГ.
Современные научно-исследовательские разработки дают инвалидам надежду на то, что в конечном счёте любым протезом можно будет управлять с помощью мысли. Некоторые из таких технологий основаны на имплантированных хирургическим путём в ткани мозга электродах, другие – на электрические сигналы, пересылаемые от существующих мышц ампутированным (так называемый миоэлектрический контроль).
Однако Хосе Луис Котрерас-Видал (Jose Luis Contreras-Vidal), невролог и инженер, считает, что у каждого из подобных методов есть свои недостатки. Хирургия, а в особенности нейрохирургия, всегда связана с определёнными рисками. Миоэлектрические системы, в свою очередь, требуют сохранности ответа мышц недостающих конечностей на мозговую деятельность, что не всегда возможно. К тому же полностью восстановить природную ловкость и простоту использования конечностей до сих пор остаётся недостижимой задачей для протезирования.
Чтобы избежать подобных проблем, специалисты Хьюстонского университета использовали 64-канальный электроэнцефалограф. Сначала устройство подсоединялось к коже головы пяти здоровых трудоспособных правшей (мужчин и женщин) возрастом чуть старше 20 лет. Затем добровольцы должны были поднять пять различных объектов – банку с содовой, компакт-диск, кредитную карту, мелкую монету и отвёртку. Каждый из этих объектов иллюстрирует различные типы манипуляций. Затем данные о деятельности мозга, собранные в ходе эксперименте, учёные использовали для создания алгоритма, декодирующего нейронную активность во время моторных сигналов и реконструирующего движения захвата.
ЭЭГ затем был закреплён на голове 56-летнего мужчины, у которого была ампутирована правая рука. Её заменили высокотехнологичным бионическим протезом. После того, как доброволец мысленно визуализировал действия своей руки, он смог поднять различные объекты, управляя роборукой с помощью одной лишь силы мысли. В 80% случаев все манипуляции были совершены успешно.
Такие же показатели были достигнуты с использованием хирургически имплантированных электродов и систем миоэлектрического контроля. То есть новая технология не превосходит их. Но Контрерас-Видал всё же считает, что совершенствование алгоритма и дополнительная практика испытуемого в конечном счёте увеличит вероятность успеха до 100%. Не говоря уже о том, что пациенту с ампутированными конечностями в любом случае не придётся проходить через сложные операции.
Контрерас-Видал отмечает, что в работу системы заложена задержка от 50 до 90 миллисекунд с момента, когда сигналы были записаны на ЭЭГ, до того как бионическая рука начинает действовать. Это нужно, чтобы убедиться в том, что мозг визуализировал движение, а не просто раздумывал о нём.
Исследователи утверждают, что нынешнее достижение — первый случай, когда захват предметов несколькими пальцами протеза был продемонстрировал с помощью ЭЭГ и контролирующего мозговую деятельность интерфейса. В будущем это может привести к разработке более эффективных бионических частей тела.
Кроме того, исследователи подчеркнули, что их научная работа обеспечивает новое понимание неврологических основ захвата. Такая информация может применяться в дальнейшем для реабилитации пациентов, переживших инсульт или травму спинного мозга.
Научная статья о разработке была опубликована в издании Frontiers in Neuroscience.
