211service.com
Fjärrstyrda människor
Det är en störande tanke: att kunna fjärrstyra hur en person rör sig med en knapptryckning. Men forskare har redan lyckats göra just det – fast inte med samma repertoar av komplexa rörelser som, säg, en övad nioåring som styr en leksaksracerbil.
Forskare i Australien, Japan och USA försöker utveckla mer förfinade sätt att stimulera hjärnans balansorgan – inte bara för att påverka rörelser, utan också för att skapa mer realistiska virtuell verklighetssimuleringar, såväl som medicinska proteser för att hjälpa människor med balans störningar.
Enheterna fungerar genom att stimulera det vestibulära systemet – en uppsättning små strukturer precis bakom örat som håller huvudet upprätt och får den visuella världen att verka stabil, även när en person går och ser sig omkring. Tre vätskefyllda kanaler, kända som de cirkulära kanalerna, känner av rotationen av huvudet, medan en annan struktur, otoliterna, känner av tyngdkraftens riktning. Signaler från den vestibulära nerven färdas till hjärnan; till exempel, en högre frekvens av signaler från ena örat signalerar att huvudet rör sig i den riktningen.
Forskare kan stimulera det vestibulära systemet med ett litet stöt av elektricitet som levereras precis bakom örat från en liten extern enhet, vilket skickar de normala vestibulära signalerna ur spel. Förra sommaren visade japanska forskare från Nippon Telegraph and Telephone Communication Science Laboratories en sådan anordning vid en teknisk konferens i Los Angeles. Volontärer tog på sig ett konstigt utseende hörlurar och en ögonbindel, medan någon annan tryckte på knappar på fjärrkontrollen, vilket fick motivet med ögonbindel att väva sig obekvämt runt i rummet.
Men enheten fungerar inte lika bra som en fjärrstyrd bil. En snabb stöt på ena sidan av huvudet får folk att känna att de faller omkull, så de korrigerar sin balans genom att flytta till ena eller andra sidan, vilket skapar en svajande typ av promenad. Och personen måste ha ögonbindel för att enheten ska fungera, annars kommer visuella signaler att korrigera för den uppenbara obalansen i huvudpositionen. Det får dig att känna att du rör dig i en viss riktning, men det är inte riktigt så specifikt, säger Steven Moore, en vetenskapsman vid Mount Sinai School of Medicine, som studerar denna stimulering, känd som galvanisk vestibulär stimulering. Det är den stora begränsande faktorn. (Klick här för en video av Moore som går med enheten.)
I den nyaste inkarnationen av tekniken hittade forskare vid University of New South Wales i Australien en relativt enkel lösning på styrproblemet. De administrerade de vestibulära stimuleringarna medan volontärerna vände sina ansikten mot antingen marken eller himlen. Av skäl som inte helt förstods gjorde detta att de svängdes rent åt vänster eller höger när de stimulerades, utan den karakteristiska yrseln. Som bevis på denna skickliga kontrollnivå styrde forskare frivilliga med ögonbindel genom Sydney Public Gardens.
Men förvänta dig inte fjärrstyrda människor inom kort. Detta är inte särskilt praktiskt, på grund av bristen på specificitet för [elektrisk] input och det faktum att stimulering åsidosätts av visuell input, säger Moore. Istället utvecklar forskare enheter för att försöka få virtuell verklighetsmiljöer att verka mer realistiska eller för att hjälpa människor med vestibulära störningar.
Moore utvecklar en enhet för att skapa bättre flygsimulatorer för astronauter. En stor andel av rymdfärjans landningar kommer in snabbare än målhastigheten, säger han, möjligen för att piloternas sensoriska system har anpassat sig till rymdens gravitationsfria miljö. Nuvarande träningssimuleringar är för lätta för dessa piloter, så vi använder [elektrisk stimulering] för att störa normal vestibulär funktion och producera illusoriska förnimmelser av rörelse, säger han. Den stimuleringen efterliknar känslan av att landa skytteln, när piloter genomgår det radikala skiftet från noll gravitation till hypergravitation.
Enheter som tillämpar vestibulär stimulering kan också användas för att hjälpa personer med störningar i det vestibulära systemet, som kan orsakas av skador under operation för att ta bort hjärntumörer eller vissa typer av läkemedel, hjärnskador eller andra orsaker. Personer med vestibulära underskott har ofta ett öra som fungerar bättre än det andra, säger Timothy E. Hullar , en otolaryngolog vid Washington University School of Medicine i St. Louis. Det skulle vara bra att ha ett sätt att balansera dem – som att försöka balansera högtalare på en stereo.
Andra forskare utvecklar implanterbara enheter som kan stimulera de vestibulära nerverna mer specifikt än icke-invasiv galvanisk stimulering. När du sätter kuddar på huden kan du skapa uppfattningen att huvudet lutar, men det är ungefär så specifikt du kan bli, säger Charley Della Santina , en vestibulär expert vid John's Hopkins School of Medicine. Men genom att implantera elektroder bakom örat kan forskarna stimulera enskilda nerver och därför skicka mer exakta signaler till hjärnan. Vi vill skapa ett vestibulärt implantat som fungerar som ett cochleaimplantat för att ersätta den saknade vestibulära informationen, säger Daniel merfeld , en forskare vid Massachusetts Eye and Ear Infirmary i Boston, som också utvecklar en sådan enhet.
Hittills har både Santina och Merfeld testat sina implantat endast på djur, men de säger att en testbar version kan utvecklas inom de närmaste fem till tio åren.