Искусственные ноги подчинились мысли

Такие кибернетические экзо-протезы — дело ближашего будущего.

ТЕКСТ: Дмитрий Малянов

ФОТО: wired.co.uk

Созданы и испытаны на здоровых людях первые протезы ног, управляемые силой мысли. Эти разработки могут позволить парализованным людям в будущем самим гулять на своих ногах.

Люди, перенесшие травму позвоночника и страдающие параличом ног, смогут восстановить двигательные функции и снизить риск развития серьезных побочных заболеваний с помощью снабженных специальным интерфейсом и управляемых сигналами мозга роботизированных протезов, сконструированных группой разработчиков из Калифорнийского университета в Ирвайне и Медицинского центра по лечению ветеранов войн в Лонг-Бич(Калифорния, США), возглавляемой доктором медицины Эн До.

Группа разработала нейромашинный интерфейс, позволяющий управлять двумя протезами, которые обхватывают ноги на манер экзоскелета(экзоскелет — это внешний скелет; приставка«экзо» означает нечто внешнее, находящееся снаружи; например, планеты, обнаруженные у звезд вне Солнечной системы, называются экзопланетами).

Как сообщается в разосланном группой пресс-релизе,«устройство является первой успешной демонстрацией протеза нижних конечностей, предназначенного для самостоятельного передвижения и управляемого интерфейсом«мозг — компьютер».

Заявление о приоритете этой разработки не противоречит фактам: несмотря на то что подобного рода интерфейсы разрабатываются уже давно, функциональных протезов ног, управляемых силой мысли, никому до этого создать еще не удалось.

Так, недавняя революционная разработка американско-германского проекта BrainGate2, о которой также писала«Газета.Ru», позволяет полностью парализованному человеку управлять конечностями силой мысли, но ее функциональность ограничивалась одной искусственной рукой, управляемой к тому же дистанционно. При этом электрические сигналы, управляющие роботизированным манипулятором, снимались с помощью нейрочипа, состоящего из 96 золотых контактов и вживляемого непосредственно в двигательный участок мозговой коры.

Биокибернетический протез, созданный группой Эн До, работает по другому принципу.

Управлять им можно с помощью ЭЭГ-сигналов, снимаемых внешними датчиками и далее обрабатываемых в компьютере, что намного упрощает конструкцию протеза, так как отпадает необходимость в сложных и небезопасных хирургических операциях по вживлению в мозг специальных датчиков.

Описание программной и аппаратной части своего биомашинного интерфейса группа дала в статье, опубликованной в архиве электронных препринтов.

На первом этапе разработки была досконально изучена ЭЭГ-активность мозга здоровых людей и составлена карта ЭЭГ-сигналов, отвечающих за разные этапы локомоции — начало движения, остановку, собственно передвижение, маневрирование и т. д.

Затем полученные данные были использованы для создания предсказательной математической модели, способной контролировать в реальном времени движение виртуального аватара с помощью реальных ЭЭГ-сигналов. На этом этапе самой большой проблемой было научить модель подавлять непреднамеренные ложные импульсы движения и остановки, постоянно генерируемые мозгом, но с этой нетривиальной задачей авторы благополучно справились:

движение управляемых по ЭЭГ протезов на видеодемонстрации выглядит полностью предсказуемым и плавным.

Далее интерфейс был опробован на здоровых людях: испытуемые, подвешенные на стенде с механической дорожкой, по специальной команде воображали, что начинают двигаться, а контроллеры протезов, в качестве которых использовались доступные на рынке роботизированные манипуляторы производства швейцарской компании Locomat, следовали ЭЭГ-сигналам, считанным с их мозга.

Следующей стадией станет испытание этой системы уже на парализованных людях, но уже сейчас можно сказать, что первый биокибернетический протез нижних конечностей, управляемый силой мысли, хорошо справляется со своей задачей, и не исключено, что уже в ближайшее время мы увидим, как парализованный человек сам встанет и пойдет гулять на своих ногах.