Tutkijat testaavat jo ainutlaatuisia laitteita, jotka avaavat ihmisille valtavat näkökulmat.
- Verkkolääketiede on erilaisten laitteiden tuominen ihmiskehoon, jotka auttavat korjaamaan fyysisiä vammoja, torjumaan vakavia sairauksia ja niiden seurauksia, toisin sanoen pidentämään normaalia, täyttä elämää mahdollisimman paljon, - kertoo Venäjän tiedeakatemian korkeamman hermostollisuuden ja neurofysiologian instituutin laboratorion johtaja, biotieteiden tohtori, Professori Alexander Frolov.
Johtava tutkija tutkii aivojen rakennetta hermosolujen tasolla, kehittää aivojen ja tietokoneiden rajapintoja ja käyttää niitä potilaiden kuntoutukseen loukkaantumisten ja sairauksien jälkeen. Osana Moskovassa pidettävää tieteellistä luentoa - 2045 asiantuntija puhui viimeisimmistä saavutuksista kyberlääketieteen alalla Venäjällä ja muissa maissa sekä ihmiskunnan edessä avautuvista jännittävistä näkymistä.
KATSO AIVOJEN KANSSA
"Munuaisproteesit ovat jo laajalti käytössä ympäri maailmaa: laitteet, jotka korvaavat nämä elimet, voivat toimia ihmiskehossa jopa 40 vuoden ajan", tiedemies muistuttaa. - Keinotekoinen sydän voi 2–7 vuoden ajan tukea ihmisen elämää. Keuhko- ja maksaproteeseja kehitetään aktiivisesti. Menestykset eivät kuitenkaan ole niin vaikuttavia: tärkein hengityselin "elää" enintään 6 kuukautta ja maksa toimii vain 4 päivää. Mutta tämä on vasta alkua.
Samalla kyberlääketiede onnistui tekemään jotain, joka peittää mielikuvituksen ja näyttää edelleen olevan tieteistä fiktiota: kaikkein monimutkaisimman näköelinten järjestelmän proteesit.
Kuten tiedät, ihmiset sokeutuvat usein verkkokalvosolujen kuoleman vuoksi - tämä on silmän kuori, joka havaitsee kuvan ja muuntaa sen hermoimpulsseiksi. Ne siirtyvät aivoihin, puretaan siellä, ja saamme tavalliset visuaaliset kuvat esineistä - näemme ne. Niille, joilta tällainen mahdollisuus on menetetty loukkaantumisen tai sairauden takia, amerikkalainen tutkija ja silmälääkäri William Dobelle New Yorkista on luonut ainutlaatuisen laitteen.
Mainosvideo:
"Henkilö laittaa silmälasit, joihin on sijoitettu pieni televisiokamera, ja siitä tuleva optinen signaali menee sähköpiiriin, joka on istutettu aivojen visuaaliseen aivokuoreen pään takaosassa", selittää Alexander Frolov. - Siru koostuu elektrodeista, kun ne ovat innoissaan, valonsäteitä on - fosfeenit (voit kuvitella ne, jos painat kevyesti suljettua silmääsi). Siten TV-kamerasta tuleva visuaalinen kuva muunnetaan tietyksi valosarjaksi. Aluksi ne näyttävät ihmiseltä kaoottisilta ja epäjärjestyksiltä, mutta harjoittelun ja arjen käytön aikana aivot alkavat tunnistaa ja tottua siihen, että jokainen esine vastaa yhtä tai toista välähdysmallia.
"Noin 20 leikkausta tehtiin, ne onnistuivat, yksi potilaista pystyi jopa ajamaan autoa", professori Frolov kertoo. Vuonna 2004 tohtori Dobelle, joka perusti instituutinsa New Yorkiin, kuoli, mutta hänen kollegansa Yhdysvalloissa ja muissa maissa jatkavat tutkimusta, jotta sokeat ihmiset saisivat täydellisempiä kuvia ympäröivästä maailmasta.
MITEN AJATTU VOIMA OHJAA ROBOTTIA
Alexander Frolovin laboratoriossa tehtiin koe: henkilön päähän laitetaan enkefalografinen verkko, joka lukee aivojen sähköiset signaalit ja välittää sen tietokoneeseen tunnistamista varten. Kohde istuu näytön edessä, kohde asetetaan näytölle, ja kohdistinta ehdotetaan tuomaan siihen … ajatuksen voimalla.
"Kun kuvittelemme tietyn liikkeen, vastaava sähköinen signaali ilmestyy aivoihin", professori selittää. "Jos sait tämän signaalin ja purat sen salauksen tietokoneella, voit lähettää tarvittavan komennon johonkin ulkoiseen laitteeseen ja siten ohjata sitä."
Vastaavaa algoritmia käytti käytännössä yksi neurokybernetiikan pioneereista, professori John Donahue Brownin yliopistosta (USA). Kaksi potilasta - 58-vuotias nainen, joka oli halvaantunut yli 15 vuotta sitten, ja 66-vuotias mies, joka oli täysin immobilisoitu aivohalvauksen jälkeen, saivat neurokipuja istuttamaan motoriseen aivokuoreen. Aivojen signaalit menivät tietokoneelle, käsiteltiin ja välitettiin manipulaattorille - käden muodossa olevalle robotille.
Potilaiden oli kuviteltava siirtävänsä keinotekoista kättä oikeaan suuntaan. Nainen harjoitteli 4 päivää ja sen seurauksena pystyi itsenäisesti ottamaan robotti kädellään ja tuomaan itselleen termoksen kahvilla. Mies onnistui hallitsemaan proteesin nopeammin: hän pystyi pian hallitsemaan manipulaattoria ajatuksen voimalla niin, että verkkosormet tarttuivat ja puristivat vaahtokuulaa.
"Olemme lähellä palaamista halvaantuneeseen kykyyn suorittaa rutiinitoimintoja, joita miljardit ihmiset suorittavat tavallisessa elämässä ajattelematta, miten se toimii", tohtori Donahue sanoi haastattelussa. Tutkijat pyrkivät nyt luomaan keinotekoisen käsivarren nopeammin ja joustavammin.
PROTESTI VOI "TUNTAA"
"Verkkoproteesit kehittyvät kaikkialla maailmassa niille, joiden kädet tai jalat on amputoitu", jatkaa Alexander Frolov. Yksi silmiinpistävimmistä esimerkeistä on eteläafrikkalainen juoksija Oscar Pistorius. Molempien jalkojen sijasta proteesit hän voitti useita paralympialaisia ja kilpaili jopa terveiden urheilijoiden kanssa.
Lisäksi useita vuosia Pistorius oli kielletty osallistumasta tavallisiin kilpailuihin sillä verukkeella, että ainutlaatuisilla proteeseilla on etuja ihmisen jalkoihin nähden. Mutta sitten kielto kumottiin (nyt Pistoriusia syytetään tyttöystävänsä, valokuvamallin, murhasta, häntä syytetään.)
Viime vuonna kuuluisa "kyborgi-mies" Nigel Ekland tuli Venäjälle. Lehdistötilaisuudessa hän osoitti toimittajille kuinka taitavasti hän manipuloi bionista proteesia korvaamalla amputoidun oikean käden kyynärpäästä. Nigel palvelee itseään täysin kotona: kokkaa, ajaa autoa, kirjoittaa tietokoneella.
Minun on vain kuviteltava, sanoen, että puristan palloa. Aivojen signaali tulee kannolihakseen, joka supistuu ja välittää impulssin proteesimoottoriin. Sitten kybervalitsimet taipuvat ja voin napata jotain”, Ekland selittää.
Nyt tutkijat ovat siirtymässä seuraavaan vaiheeseen: luomalla järjestelmä, joka lähettää signaaleja paitsi aivoista ulkoiseen laitteeseen myös vastakkaiseen suuntaan. Toisin sanoen aivot pystyvät tietokoneen avulla tunnistamaan esineiden ominaisuudet, joihin proteesi koskettaa. Itse asiassa ihminen oppii "tuntemaan" keinotekoisen kätensä!
"Tätä varten on tarpeen varustaa järjestelmä reseptoreilla, jotka havaitsevat muutokset kohteen kokoonpanossa, vastaanottavat kosketussignaaleja - kaikki tämä antaa mahdollisuuden välittää tunne tunne aivoihin", Alexander Frolov piirtää kuvan, joka kiehtoo mielikuvitusta.
Tämän seurauksena proteesien hallinta on mahdollisimman lähellä ihmisen käsien ja jalkojen täydellistä toimintaa. Erittäin herkkiä robotteja voidaan käyttää monimutkaisimpiin toimintoihin lääketieteessä, tutkimuksessa ja kehityksessä sekä muilla elämämme alueilla.
BRAIN + TIETOKONE TOTEUTUMISEKSI TORJUN JÄLKEEN
Aivoverenvuotoa sairastavien potilaiden määrä kasvaa sekä maassamme että kaikkialla maailmassa. Yksi aivohalvauksen vakavimmista seurauksista on halvaus, joka johtuu aivojen motorisen alueen vahingoittumisesta. Näissä tapauksissa kyberneettinen lääketiede voi auttaa kuntoutuksessa. Tätä projektia professori Frolovin tiimi työskentelee parhaillaan terveysministeriön alaisuudessa Venäjän perustutkimuksen säätiön (RFBR) yhteisrahoituksella.
"On osoitettu, että kun ihminen kuvittelee käsivartensa tai jalkojensa liikkeitä, aktivoituvat samat aivojen osat kuin todellisissa liikkeissä", sanoo Alexander Alekseevich. Harjoittelun aikana potilaille asetetaan enkefalografiset korkit, jotka lukevat aivosignaaleja, ja "heiluttavat" kehon osat työnnetään eksoskeletoniin, laitteeseen, joka on kytketty tietokoneeseen ja joka toistaa kehon ääriviivat.
Henkilöä pyydetään kuvittelemaan esimerkiksi käsivarren irrottaminen - koska aivohalvauksen jälkeen kädet puristuvat usein, ja on mahdotonta irrottaa niitä yksin (tätä kutsutaan spastiseksi). Tietokoneen välityksellä aivojen signaali välittyy kädessä olevaan eksoskeletoon, ja laite irrottaa käden. "Tämän menettelyn merkitys on, että kun kuvitteellinen liike osuu yhteen todellisuuden kanssa, vaikka se saavutettaisiin ulkoisen laitteen avulla, aivoissa tapahtuu ainutlaatuisia plastisia muutoksia - prosessit, jotka palauttavat motorisen toiminnan", professori Frolov selittää.
Toistaiseksi tämä on kokeellinen tekniikka, johon osallistuu 20 potilasta. Uuden kuntoutusmenetelmän oletetaan kestävän vielä kolme vuotta. Jos niiden tehokkuus vahvistetaan suurimmalla osalla potilaista, kyberneettinen tekniikka voidaan sisällyttää Venäjän virallisiin aivohalvauskuntoutusstandardeihin.