211service.com
Spelar piano med en robothand
Genom att knacka direkt på hjärnans elektriska signaler är forskare vid John's Hopkins University i Baltimore på väg att utveckla en handprotes som är mer skicklig än någonsin tidigare. De har för första gången visat att neural aktivitet som registreras från en apas hjärna kan styra fingrar på en robothand, vilket gör att den spelar flera toner på ett piano.
Robothand: Forskare utvecklar ett neuralt gränssnitt som kan använda signaler i hjärnan för att kontrollera fingrar på en robothand, som visas här.
Vi hoppas att vi så småningom kommer att kunna implantera liknande arrayer permanent i den motoriska cortexen hos mänskliga försökspersoner, säger Mark Schieber , en neuroforskare vid University of Rochester, i New York, som arbetar med projektet. Men forskare varnar för att en praktisk mänsklig version av det neurala gränssnittet fortfarande är långt borta.
De flesta proteshänder som finns tillgängliga för närvarande är begränsade till en kloliknande grepprörelse. En betydligt förbättrad version, som kom ut på marknaden förra veckan, använder muskelsammandragningar i armarna för att individuellt kontrollera fingrar. (Se A Hand for the Wounded.) Även om den här typen av design är en stor välsignelse för amputerade, kräver en medveten ansträngning att översätta deras avsikt att röra sig till handling via muskelaktivitet. På lång sikt skulle forskare vilja utveckla en protes som utan ansträngning styrs av användarens tankar. Om du kan knacka in i hjärnan kan du registrera avsikten med hand- och fingerrörelser från hjärnan själv, säger Nitish Thakor , en neuroingenjör vid John’s Hopkins, som arbetar med projektet.
Hittills har forskare gjort neurala gränssnitt som tillåter apor – och förlamade patienter, i några experimentella fall – att använda sin hjärnaktivitet för att nå och greppa med en robotarm. (Se Hjärnchips ger förlamade patienter nya krafter.) Men de mer sofistikerade proteshänderna som för närvarande skapas kräver finare kontrollnivåer. Med utvecklingen av den mycket fingerfärdiga handprotesen har vi nu en motivation att försöka kontrollera enskilda fingrar, säger Thakor.
Multimedia
Se översättningen av neural aktivitet till robotiska fingerrörelser.
Se en robothand, styrd av neural aktivitet, spela 'Frère Jacques.'
För att göra det neurala gränssnittet registrerade forskare hjärncellsaktivitet från apor när de rörde sina fingrar på olika sätt. (En viss del av den motoriska cortexen har tidigare visat sig styra fingerrörelser.) Forskarna skapade sedan algoritmer för att avkoda dessa hjärnsignaler genom att identifiera de specifika aktivitetsmönster som är kopplade till särskilda rörelser. När avkodningssystemet kopplades till en robothand och matades med nya neurala aktivitetsmönster, utförde fingrarna på handen den avsedda rörelsen 95 procent av gångerna. Fynden är extremt uppmuntrande, säger Krishna Shenoy , en neuroforskare vid Stanford University som inte är involverad i forskningen. Forskarna presenterade sina fynd vid en neural-ingenjörskonferens tidigare i år.
Dessa initiala experiment har utförts off-line, vilket betyder att hjärnaktiviteten registrerades och matades sedan in i systemet vid ett senare tillfälle. Men forskare planerar en livedemonstration inom de närmaste sex månaderna. Apor implanterade med en rad inspelningselektroder kommer att kopplas direkt till en virtuell version av en armprotes, som för närvarande är under utveckling. Forskare kommer sedan att avgöra hur väl dessa djur, som är tränade för att utföra specifika handrörelser, kan använda sin hjärnaktivitet för att kontrollera den virtuella handen i realtid.
Även om preliminära resultat är spännande, har forskare en lång väg kvar att gå innan de kan efterlikna handens verkliga skicklighet. Varje finger har tre eller fyra frihetsgrader som måste kontrolleras: flexion och extension vid var och en av tre leder, samt adduktion och abduktion, säger Schieber. Till det kommer komplexiteten i att flytta fem individuella fingrar, ibland unisont och ibland oberoende.
Forskare vet ännu inte om avkodningssystemet de har byggt kommer att kunna utföra unika handlingar - rörelser som inte var en del av den ursprungliga repertoaren som användes för att skapa avkodaren. I det långa loppet vill vi att [apan] ska kunna göra allt han kan komma på i stunden, säger Schieber. Men att få avkodningsalgoritmen att generalisera så är en annan utmaning.