Виртуальную руку научили осязанию
Виртуальная чувствующая рука позволит в будущем создать протез, подробно сообщающий мозгу о своих ощущениях.
Идеальный протез конечности должен обладать теми же свойствами, что и настоящая конечность – он должен так же двигаться и чувствовать. Относительно подвижности искусственных рук и ног удалось добиться значительных успехов, но как быть с чувствительностью? Мы чувствуем холод, тепло, можем отличить перо от наждачной бумаги благодаря множеству специальных рецепторов, расположенных в коже и связанных с мозгом. Возможно ли сделать аналогичную систему чувствительности в протезе?
Для полноценной имитации тактильного восприятия каждое из этих ощущений нуждается в отдельном изучении. Если иметь в виду ощущения от текстуры поверхности, то здесь нужно экспериментировать с соматосенсорной корой мозга. Исследователи из Университета Дьюка и Высшей школы экономики с помощью имплантированных электродов стимулировали соматосенсорную кору у макак-резусов, при этом электроды были установлен так, чтобы у одной обезьяны стимулировать зону, ответственную за тактильные ощущения в пальце, а у другой – в ноге.
Затем животных усадили напротив экранов и дали джойстики, чтобы управлять курсором, который выглядел как палец виртуальной руки. На экране было два серых прямоугольника, у которых была «шершавая текстура»: вертикальные полоски, которые нельзя было увидеть, но можно было «нащупать» курсором. Когда курсор пересекал полоску, соматосенсорная кора обезьяны стимулировалась через электроды.
Сначала макаки управляли курсором с помощью джойстика. Потом связь джойстика с курсором разорвали, и животных подключили к виртуальному пальцу с помощью нейрокомпьютерного интерфейса, так что сигналы для курсора считывались прямо из мозга. Обезьян поощряли каждый раз, когда они выбирали самый «шершавый» прямоугольник. Авторов работы отдельно интересовало, сохранится ли способность сравнивать тактильные свойства поверхности (то есть большую или меньшую шершавость) при разной скорости ощупывания.
Обе обезьяны уже после первой экспериментальной сессии справлялись с задачей лучше, чем если бы они просто угадывали правильный прямоугольник. При этом скорость «ощупывания» – то есть то, как быстро они проводили «рукой»-курсором над якобы осязаемыми объектами – на результат не влияла. Что означало, в свою очередь, что они действительно могли на ощупь различить шероховатость разных прямоугольников. Результаты исследований описаны в PNAS.
Можно сделать вывод, что нейроинтерфейс вполне способен передавать тактильное ощущение текстуры. Относительная простота имитации этого ощущения позволит без труда внедрить технологию в уже существующие нейропротезы. В перспективе исследователям еще предстоит разобраться в том, как кодировать тактильные ощущения сразу от нескольких рецепторов искусственной конечности, чтобы передавать информацию о более сложных текстурах.
Ранее мы писали о чувствующих протезах, когда искусственной руке давали возможность ощутить вес и текстуру поверхности. Но в тех случаях речь шла о протезе, который посылает сигналы в уцелевшие нервы конечности. Сейчас же речь идёт о том, чтобы протез сообщался непосредственно с мозгом – тогда он будет более удобным и более естественным.
