211service.com
Ge proteser en känsel
Gränssnitt mellan hjärna och maskin har gjort det möjligt för apor och vissa människor att kontrollera robotens lemmar genom att bara använda sina tankar. Men helst skulle en person som använder en konstgjord lem eller annan enhet inte bara kunna kontrollera enheten utan också känna vad den rör vid.
Monkey se: I ett experiment lärde sig apor som implanterats med två gränssnitt – ett som läser deras avsedda rörelser och ett annat som svarar på beröringsförnimmelser – att manövrera armen på en virtuell apa.
En ny studie från labbet av Miguel Nicolelis platshållarbild vid Duke University Medical Center tar ett första steg mot ett sådant gränssnitt. I en tidning som publicerades idag i Natur , rapporterar hans team att apor kan lära sig att använda en virtuell verklighetshand som innehåller taktil feedback.
Nicolelis säger att hjärn-maskin-gränssnitt endast kommer att vara kliniskt användbara om de använder dubbelriktade signaler, med både sensorisk feedback från enheten och motorkommandon från användaren. Det räcker inte att bara ge rörelse, säger han. Du måste känna vad du rör vid.
Som ett första experiment använde apor en joystick för att styra en virtuell avatar (en apa arm och hand) på en datorskärm och uppmuntrades att använda avataren för att ta tag i föremål på skärmen. De virtuella föremålen hade texturer, och detta förmedlades med hjälp av stimulering genom mikrovågsmatriser implanterade i en del av hjärnans cortex som ansvarar för att känna av beröring. Aporna lärde sig att hålla avatarens hand över föremål med en viss textur – förmedlad av stimuleringsfrekvensen – för att belönas med mat.
I ett annat experiment fick aporna samma taktila feedback men kontrollerade den virtuella handen med bara sina tankar, via mikrotrådar som implanterats i den motoriska cortexen. Även om deras prestation på uppgiften var mindre exakt, förbättrades aporna med tiden.
Nicolelis säger att den framgångsrika användningen av ett hjärna-maskin-hjärna-gränssnitt visar att processerna för avkänning och respons på taktila förnimmelser kan kombineras. Vi avkodar motoriska intentioner och taktila budskap samtidigt, säger han. Det har aldrig gjorts förut. Även om stimuleringen som aporna får är konstgjord, säger han, verkar de lära sig att associera den med taktil information.
Nästa steg är att införliva känseln i verkliga proteser, med hjälp av trycksensorer som genererar liknande taktil feedback om verkliga objekt. Nicolelis säger att hans grupp hoppas kunna bygga en simulator som skulle testa detta tillvägagångssätt på människor, och sedan införliva beröringskänsla i proteser som den skapar för personer med nedsatt rörlighet.
NitishThakor , en biomedicinsk ingenjör vid Johns Hopkins University, säger att att lägga till sensorisk information är absolut nästa logiska steg i design av gränssnitt mellan hjärna och maskin. Thakor säger att experimentet inte bara visar möjligheten att lägga till beröring, utan visar att aporna kan lära sig en uppgift med hjälp av dessa kopplade signaler. Förbehållet, tillägger han, är att texturer i den verkliga världen är mycket mer komplexa, liksom kroppsrörelser, och om detta är skalbart återstår att se.