Сигнал, переданный через Internet от головного мозга обезьянки, двигает механической рукой робота, находящегося на расстоянии 1000 километров.

Сигналы от мозга совиной мартышки, переданные по Internet из Северной Каролины, привели в движение механическую руку в Массачусетсе. Возможно, людям удастся использовать эту технологию для движения протезов

В начале 2000 года ученым из лаборатории в Северной Каролине удалось передать сигналы, идущие из головного мозга совиной мартышки, по Internet в Массачусетс, где полученные импульсы использовались для управления механической рукой робота.

Способность крошечного примата к такому «дальнодействию» — результат совместной работы нейробиологов и специалистов по вычислительной технике. Он сулит фантастические возможности интерфейса человек — машина.

Исследование возглавили Мигель Николезис, доцент нейробиологии Университета Дьюка, Мандаям Шринивасан, директор лаборатории человеко-машинного взаимодействия Массачусетсского технологического института, и Джон Чапин, сотрудник научно-медицинского центра в Бруклине. Главной задачей исследователей было создание технологии, которая позволит людям управлять протезами, используя сигналы мозга и компьютерные системы. Их достижения могут найти более широкое применение и таким образом вывести встроенные вычисления на совершенно другой уровень.

«Поразительное зрелище — робот в моей лаборатории начал двигаться! А управлял его движением мозг обезьянки из Университета Дьюка, — говорит Шринивасан. — Как будто у обезьяны выросла тысячекилометровая виртуальная рука».

В ходе эксперимента электрические сигналы регистрировались имплантированными в кору головного мозга двух обезьянок матрицами, состоящими из 96 крошечных электродов. Эти сигналы подвергались обработке для того, чтобы найти признаки, характерные для начальной фазы движения. После регистрации переданных сигналов в реальном масштабе времени рука робота получала соответствующие «инструкции» и начинала двигаться в нужном направлении. При пересылке управляющих сигналов из Университета Дьюка в МТИ по Internet рука робота, несмотря на возможность задержки при передаче пакетов данных, раз за разом совершала правильные движения.

Ученые мартышки

В течение двух лет совиных мартышек обучали специальным упражнениям. Они должны были дотягиваться до определенных предметов. Цель эксперимента заключалась в изучении работы головного мозга обезьян в процессе выполнения этих упражнений и выявления разнообразных алгоритмов поведения. Удалось обнаружить простой линейный алгоритм, а также несколько более сложных. Используя средневзвешенные значения числа импульсов, постоянно измеряемых каждым электродом, группа Николезиса сумела определить характерные признаки зарождения движения.

Корректируя величины средних значений и весов, которые использовались для их получения, удалось правильно предсказать скорость и направление движения руки обезьяны.

Результаты немало поразили Николезиса и его коллег.

«Мы обнаружили удивительные вещи, — рассказывает Николезис. — Первое — сигналы мозга, обозначающие траекторию движения руки, обнаруживаются одновременно во всех областях коры головного мозга, в которых мы проводили измерения». Это означает, что не только так называемая моторная кора, всегда считавшаяся в наибольшей степени ответственной за движение, но и другие участки мозга вовлекаются в процесс зарождения движения.

«И второе, не менее важное заключение: по-видимому, при такой обработке единичный нейрон нельзя считать функциональным блоком, — продолжает Николезис. — Даже лучшие модели на основе единичных нейронов не могли приблизиться к алгоритмам, анализирующим популяции нейронов».

Еще один значительный результат был получен в эксперименте с крысами, который проводился до опыта с обезьянами. Крысам вводились в мозг полые электроды диаметром меньше человеческого волоса.

«Мы обнаружили, что крысы могут регулировать активность своих нейронов для управления рукой робота, который их поил, — сказал Чапин. — В начале эксперимента животные должны были надавливать на рычаг, заставляя клетки мозга работать, чтобы привести в движение манипулятор робота. Спустя некоторое время крысы давили на рычаг уже не так сильно, хотя интенсивность деятельности мозга не снижалась».

Иначе говоря, крысами двигало осознанное желание напиться, и они нажимали рычаг, чтобы импульсами в нейронах побудить робота дать им воды.

Одним из наиболее спорных вопросов, по мнению Николезиса, является вопрос о том, сможет ли мозг воспринимать инородное устройство как часть тела.

«Я очень надеюсь на такую возможность, — говорит Николезис. — Мозг постоянно обучается и адаптируется, и уже проведенные исследования показали, что представления о теле в мозгу меняются. Поэтому, если бы удалось создать замкнутый контур обратной связи, в котором мозг управляет прибором, а прибор в свою очередь обеспечивает обратную связь с мозгом, я считаю, что и люди и животные научились бы им пользоваться. Мозг живых существ в состоянии выделить часть нейронов, отвечающих за этот прибор, подобно тому, как другие области мозга управляют определенными частями тела».

Люди всегда жаждали управлять техникой усилием мысли. Что же, вполне вероятно, что до телекинеза, излюбленной темы авторов научно-фантастических романов, в мире беспроводной связи уже рукой подать.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями