Инвалиды скоро получат в свое распоряжение киборга

Еще несколько лет назад казалось, что создание киборга - сверхчеловека, способности которого усилены электроникой - это нечто из области фантастики. Между тем, для инвалидов уже конструируют искусственные конечности, управляемые нервными импульсами их собственного мозга. Получается, что до создания киборга - рукой подать. 

Именем хромой собаки

Изобретатели из Эдинбургского университета с юмором назвали свое детище EMAS (Edinburgh Modular Arm System) — по имени прихрамывающей собаки одного из инженеров.

Искусственную конечность, где для управления электрическими механизмами использовались нервные импульсы в мускулах оставшейся части плеча, получил в 1993 году доброволец Кэмпбелл Эйрд, лишившийся руки из-за опухоли. К тому времени это был самый совершенный в мире протез стоимостью в 170 тыс. дол. Точность и качество исполнения механизмов и электроники можно оценить по тому, что Эйрд снова стал управлять спортивным самолетом…

Читайте также: У медицины много достижений, особенно на фоне трагедий

Искусственные пальцы почувствовал

Американцы из Института реабилитации инвалидов в Чикаго повторили разработку шотландцев. Они провели аналогичные операции в 1995–2003 годы пятерым мужчинам и одной женщине. Министерство обороны США уже заявило о планах предоставлять роботизированные руки солдатам, покалеченным во время военных действий, и реализация этой программы началась в 2010 году.

Расскажем теперь о той "искусственной руке", которая сегодня считается в мире самой совершенной. Ученые из Тель-Авивского университета в ноябре 2009 года провели первую в мире успешную операцию, в результате которой искусственная рука-протез была подключена к живым нервным окончаниям пациента, причем как двигательным, так и чувствительным. А это дало возможность пациенту не только управлять движениями протеза, но и чувствовать прикосновения к предметам.

В результате Робин Экенстам из Швеции не только может выполнять протезом весьма сложные задачи, в том числе и писать, но и "чувствовать" своими искусственными пальцами.

Это поразительно!

Робину Экенстаму потребовалось всего несколько занятий для обучения, после чего он стал владеть искусственной рукой как своей собственной. Он сам высказался по этому поводу весьма эмоционально: "Я двигаю мышцами, которых я не чувствовал и не использовал уже много лет. Я могу взять что угодно и почувствовать это кончиками пальцев, которых у меня нет. Это поразительно!".

Проект протеза, разработанный израильскими учеными, является воплощением последних достижений в области протезирования, информационных технологий и нейробиологии. Каждый сустав протеза приводится в действие четырьмя сервоприводами и оборудован сорока датчиками, которые и дают пациенту возможность ощущений. Движения протеза полностью копируют движения человеческой руки. И, хотя, пока этот протез выглядит как рука Терминатора из одноименного фантастического фильма, ученые сейчас делают для него оболочку из искусственной кожи, после чего эту руку сможет отличить от настоящей только посвященный в это человек.

Ящик Харви

Казалось бы, только что мы говорили о подлинном "восьмом чуде" мира современных высоких технологий. Тем не менее, механические руки, о которых шла речь, не так впечатляют, как прямое внутримозговое вмешательство.

В начале 1980-х годов в американском Университете Джонса Хопкинса группа под руководством профессора нейрофизиолога Апостолоса Георгопулоса стала проводить опыты по регистрации активности одиночных нейронов. После двух с лишним лет в экспериментах на моторной коре мозга макак было обнаружено, что активность некоторых нейронов меняется, когда обезьяна двигает рукой в определенном направлении. Каждый нейрон настроен на свое направление, вызывающее у него максимальную активность. Стало ясно, что можно с большой точностью расшифровать сигналы группы нейронов, отвечающих за движение конечности.

6357.jpegВскоре инженер по электронике Харви Уиггинс сконструировал устройство, которое обеспечивало выборочный анализ, фильтрацию и усиление нейронных сигналов. Этот аппарат был назван американскими нейрофизиологами "ящиком Харви" по аналогии с "волшебным ящиком" легендарного иллюзиониста Гудини.

Ящик Харви продемонстрировал свои возможности в первом же эксперименте. Крысу с вживленными электродами поместили в клетку с небольшой педалью, при нажатии на которую появлялась порция воды и пищи. Когда крыса научилась обеспечивать себя кормом, педаль отключили, а вместо нее к дозатору кормушки подключили ящик Харви, получавший сигналы от нейронов крысиного мозга.

Протезная рука получше натуральной

В применении к человеку возможности такой технологии практически безграничны. Нужно только разработать методику получения алгоритмов для любого действия или психоэмоционального состояния. Бразильский нейрофизиолог Мигель Николелис с коллегами из Гетеборгского университета в Швеции продолжил подобные исследования на более сложно организованных животных — обезьянах.

Сигналы имплантированных электродов использовались для управления искусственной рукой, которая успевала выполнить "представляемое" движение раньше, чем сама обезьяна! Обычное запаздывание между сигналом и реакцией животного составляет примерно 0,3 секунды, а ящик Харви срабатывал намного быстрее. Получилось, что искусственная рука может не просто заменить инвалиду потерянную, но и дать ему существенное преимущество.

День триумфа

И вот наступил день триумфа. В июне 2004 года американские хирурги имплантировали в двигательную область коры головного мозга 24-летнего полностью парализованного человека микрочип BrainGate, разработанный в компании Cyberkinetics из города Фоксборо, штат Массачусетс.

Крошечный чип дал парализованному человеку возможность управлять телевизором и компьютером — например, рассылать письма по электронной почте и даже играть в компьютерные игры. Но, очевидно, не каждый пациент согласится на пусть и безопасную, но экспериментальную операцию. На это достойный ответ есть у специалистов Швейцарского федерального института технологий. Им удалось обойтись восемью ЭЭГ-электродами, закрепленными в шапочке, — никаких имплантатов или вживленных электродов. Правда, "чувствительность" этого аппарата оказалась ниже.

Будущее — за бесконтактными электродами

Сейчас в США уже ведутся работы, по созданию чипа на 5-10 тысяч транзисторов, и размер которого будет исчисляться квадратными миллиметрами при толщине в десятые доли мм. Стоимость изготовления "образцового" чипа обойдется заказчику не более 2.000 дол…

Но за эти деньги заказчик получит оттестированную партию сразу из тысячи микросхем и всю необходимую документацию. При помещении такого чипа под черепную коробку он свободно разместится в любой жидкостной полости, а при возникновении проблем (воспаление, повышенное внутричерепное давление и т. д.) обычная больница обеспечит оперативную трепанацию.

Но, возможно, что даже таких операций не понадобится. В 2010 году начались испытания бесконтактных электродов. По принципу пеленг-локатора они излучают в определенном диапазоне частот направленный сигнал и принимают ответ. Если в ближайшие годы технология станет миниатюрной, то можно забыть и о хирургическом вмешательстве в головной мозг. Небольшой прибор будет сам сканировать определенные участки мозга, наподобие ЭКГ. Чип превратится в банальность — ведь сейчас никого не удивишь Bluetooth-гарнитурой за ухом. Новое устройство вряд ли будет кардинально от нее отличаться.

Матвеев Кирилл
комменты
Фундук – самый используемый и любимый вид орехов Фундук – самый используемый и любимый вид орехов Профилактика
Лесной орех, фундук, лещина - это все названия одного и того полезного и вкусного орешка.