powiązana zawartość
- Ten bioniczny kombinezon może być przyszłością protetyki
Inżynier z University of Houston, Jose Contreras-Vidal, przeprowadza futurystyczne, dziwniejsze niż science fiction badania. Opracował „interfejs mózg-maszyna” do interpretowania sygnałów mózgowych i przekształcania ich w ruch. Za pomocą tego interfejsu stworzył bioniczną rękę i komputerowego awatara, które są kontrolowane przez umysł użytkownika.
Ale centralnym punktem jego pracy jest kontrolowany myślowo egzoszkielet, który pomaga sparaliżowanym ludziom chodzić. Od kilku lat Contreras-Vidal współpracuje z egzoszkieletem dolnej części ciała REX, opracowanym przez nowozelandzką firmę REX Bionics. Egzoszkielet jest kontrolowany za pomocą joysticka. Ale Contreras-Vidal i jego zespół zmodernizowali wersję do użytku z interfejsem mózg-maszyna. Użytkownik egzoszkieletu nosi nasadkę elektrody z czujnikami na skórze głowy, które odczytują aktywność elektryczną w mózgu. Algorytm opracowany przez Contreras-Vidala i jego zespół „interpretuje” informacje w mózgu i przekłada je na ruch egzoszkieletu. Innymi słowy, osoba nosząca myśli „porusz się, lewe kolano”, a algorytm zamienia to w działanie. Może to powodować względnie szybkie ruchy, ponieważ nawet u osób bez obrażeń potrzeba ułamka sekundy na przekazanie informacji z mózgu do ciała.
„Za każdym razem, gdy planujemy ruch, informacja jest tam, zanim go zobaczymy”, mówi Contreras-Vidal.
Przez lata wielu naukowców pomagało sparaliżowanym ludziom poruszać się za pomocą elektrod wszczepionych w ich mózgi. Zgłoszony do opatentowania system Contreras-Vidal jest inny, ponieważ jest nieinwazyjny - użytkownicy zakładają i zdejmują nasadkę elektrody do woli. Jest to szczególnie przydatne w przypadku pacjentów, którzy potrzebują tymczasowo egzoszkieletu, takich jak ofiary udaru, które mogą wykorzystać egzoszkielet do odzyskania zdolności chodzenia, a następnie nauczyć się chodzić bez pomocy. (Zespół kierowany przez Brazylijczyków opracował nieinwazyjny egzoszkielet kontrolowany przez mózg, aby umożliwić paraplegikowi rozpoczęcie Mistrzostw Świata 2014; kombinezon jednak nie pozwalał użytkownikowi chodzić bez pomocy).
Kontrolowany myślowo egzoszkielet jest wynikiem lat pracy nad dekodowaniem języka mózgu. Na Uniwersytecie w Houston Contreras-Vidal kieruje Laboratorium nieinwazyjnych systemów interfejsów mózg-maszyna, które zatrudnia zespół inżynierów, neuronaukowców, lekarzy, ekspertów komputerowych, a nawet artystów. Przed Houston kierował Laboratorium Inżynierii Neurologicznej i Inteligentnej Protetyki na Uniwersytecie w Maryland, gdzie pracował nad opracowaniem kontrolowanych przez mózg protez dla osób po amputacji. Contreras-Vidal twierdzi, że algorytmy używane do tłumaczenia myśli na ruch są ciągle ulepszane, co określa jako „proces twórczy”.
Obecnie jego laboratorium pracuje nad kilkoma projektami wykorzystującymi interfejs mózg-maszyna. Jeden projekt dotyczy rozwoju neuromotorycznego u dzieci za pomocą nasadki elektrody; zespół ma nadzieję, że lepsze zrozumienie tego procesu może ostatecznie pomóc dzieciom z neurologicznymi zaburzeniami rozwojowymi, takimi jak autyzm. Inny próbuje zrozumieć, co dzieje się w mózgu, gdy ludzie doświadczają sztuki, wyposażając zwiedzających w czapkę elektrody, gdy patrzą na instalację artystyczną.
Egzoszkielet kontrolowany przez mózg przechodzi obecnie próby. Został już wykorzystany w wielu rzeczywistych scenariuszach; brytyjski quadriplegic mężczyzna niedawno chodził za pomocą egzoszkieletu na konferencji we Włoszech.
Contreras-Vidal i kilku jego uczniów będzie demonstrować egzoszkielet na nadchodzącym festiwalu innowacji w Smithsonian. Festiwal, współpraca pomiędzy Smithsonian Institution i US Patent and Trademark Office, odbywa się 26 i 27 września w National Museum of American History.
„Jesteśmy bardzo podekscytowani wyjazdem do Smithsonian, ponieważ myślę, że naukowcy muszą rozmawiać z opinią publiczną, szczególnie z dziećmi”, mówi Contreras-Vidal. „Muszą być narażeni na tego rodzaju technologię, aby przekonać się, że naprawdę chodzi o tworzenie i wprowadzanie innowacji”.
Jak gdyby egzoszkielet przypominający robota nie był wystarczająco imponujący dla dzieci i innych uczestników festiwalu, Contreras-Vidal i jego zespół pozwolą odwiedzającym oglądać własne fale mózgowe na ekranie, zakładając nakładki na elektrody. Contreras-Vidal opisuje dostrajanie się do fal mózgowych osoby jako „słuchanie neurosfonii”.
„Lubię widzieć mózg jako symfonię, w której wszystkie główne obszary są częścią zespołu, a każdy gracz w tym zespole jest odpowiedzialny za pewien aspekt ich zachowania”, mówi. „Aby odtworzyć tę muzykę, muszą koordynować”.
Tancerka Becky Valls wykonuje czapkę elektrodową Contreras-Vidala (University of Houston) Nakładanie się sztuki i nauki jest ważną częścią pracy Contreras-Vidala. W przeszłości podłączył artystów, aby zajrzeli do procesów twórczych ich mózgów. Ostatnio współpracuje z tancerzami. W projekcie o nazwie Twój mózg w tańcu przymocował tancerzy do osłon elektrod i wyświetlał powstające fale mózgowe na ekranie podczas ich wykonywania. Uważa, że ostatecznie tego rodzaju badanie neuronalnych podstaw ruchu może doprowadzić do nowego zrozumienia choroby Parkinsona i innych chorób mózgu.
Podczas Festiwalu Innowacji goście będą mogli wziąć udział w takim tańcu.
„Naukowcy mogą się wiele nauczyć od sztuki i odwrotnie”, mówi Contreras-Vidal. „Mam nadzieję, że pobudzi to wyobraźnię ludzi, szczególnie dzieci”.
Festiwal Innowacji odbędzie się w National Museum of American History w dniach 26–27 września, w godzinach 10–17. Wydarzenie organizowane przez Smithsonian Institution i US Patent and Trademark Office będzie prezentować przykłady amerykańskiej pomysłowości opracowane przez niezależne wynalazcy, instytucje akademickie, korporacje i agencje rządowe.
