Публикация 8 — НАУЧНО-ИНЖИНИРИНГОВАЯ КОМПАНИЯ "МАТРИОН"

Дополненная реальность расширяет схему тела – такие результаты показывает современная нейрофизиология. Оказалось, что человек только силой мысли может управлять дополнительной парой рук. Наверняка и ног. Да и вообще всего тела. Бум нейроинтерфейсов поражает новыми возможностями человеческого тела и сознания. Создаются и ловко управляются мыслью механизмы даже очень далекие по структуре и функции от человеческого тела. Открылся новый огромный пласт загадок – загадок тела человека и еще больших размеров загадок нашего сознания. Стало ясно, что самое простое ощущение вызывает в памяти человека целый каскад мимолетных воспоминаний, сравнений, умозаключений. Стало очевидно, что нервы человека – не просто провода, а проводники целого мира ощущений и образов, сплетающихся в плавные движения рук, ленивое потягивание и едва заметную улыбку Джоконды…

…И строгая наука, поддавшись минутной лирической слабости, вдруг сказала: «А давайте-ка мы смоделируем движения и чувства!»

Как частный случай душевного порыва науки в настоящее время применяется метод автоматизированной двигательной терапии (automated locomotion therapy, robotic assisted locomotion therapy) и справедливо занимает свое место в арсенале реабилитации. Представленные решения основаны на использовании сохранившихся и работающих анализаторах – зрении, слухе, мышечно-суставного чувства и их комби-наций. Проводимые исследования показывают высокую эффективность восстановления, как результат активного вовлечения ранее не используемых участков нервной системы в процесс замещения утраченных функций. Ключевым звеном, определяю-щим высокую эффективность метода, является рефлекторная дуга – замкнутый цикл приема и обработки информации с последующим порождением волевого акта и анализом его результата.

Суть ассистированной двигательной терапии заключается в замыкании разорванной в результате травмы или заболевания рефлекторной дуги (в действительности – разветвленной многоуровневой замкнутой системой прямых и обратных связей между нервными центрами, обеспечивающими построение рефлекса) за счет вычислительных ресурсов подвижного робота или его виртуального изображения. Много-кратные попытки повторения утраченных движений формируют новые окольные связи в головном мозге человека за счет постоянного сопровождения роботизированным компонентом. Иными словами робот через некоторое время «понимает», что хочет сделать человек и помогает ему в этом. Такой путь стимуляции функций мозга весьма точно позволяет восстановить способность пациента управлять своим телом после инсульта, любым роботизированным протезом или даже внешним манипулятором.

Представленные решения разработаны для реабилитации пациентов с последствиями травм позвоночника и спинного мозга, для пациентов, перенесших инсульт и для пациентов с протезами нижних конечностей для отработки походки. Отработка алгоритма пользования электромеханическими протезами верхних конечностей осуществляется, главным образом, эмпирически, что не позволяет достичь необходимой точности пользования протезом. Удержать и не раздавить стеклянный стакан или хрупкий предмет, завязать шнурки почти невозможно. К настоящему моменту создано довольно большое количество моделей автоматизированных протезов верхней конечности, проведено внушительное количество нейрофизиологических исследований, однако общепринятой специальной методологии обучения пациентов пока не представлено — идет этап накопления данных с боями местного значения на фронте моделирования локомоции.

Уже в течение нескольких десятилетий ученые стремятся разработать метод расширения рефлекторной дуги с использованием дополненной (или расширенной? — AR&VR) реальности. В общих чертах метод описывается в работах профессора Калифорнийского университета Вилайянура Рамачандрана, предложившего использовать зеркало для отработки контроля ощущений в культе [2] и исследования французских ученых Мерсье и Сиригу [1]. Результаты, опубликованные этими авторами, демонстрируют на 30% большую эффективность в контроле боли при использовании только визуальной обратной связи. С использованием современных вычислительных комплексов ожидается значительно более высокая эффективность и в контроле боли и в моделировании функции искусственной конечности за счет включения в процесс формирования биологической обратной связи максимального количества сохраненных анализаторов – мышечно-скелетного, температурного, болевого, слухового и даже семантического, как функции высшей нервной деятельности. Даже название такому методу придумали: «антиципация предметной среды». И работ об этом уже довольно много — люди ищут информационные портреты восстанавливаемых функций, стремясь воспроизвести их не простыми директивными управляющими сигналами, а целостной внутренне сбалансированной автономной интеллектуальной управляющей системой, интегрированной в структуру и задачи всего организма.

Построение нового рефлекса, а точнее — системы рефлексов, таким образом осуществляется достижением осознаваемого активного сопряжения чувств и движений, моделируемых здоровой конечностью, и созданием искусственного сенсомоторного паттерна, схожего с естественным, что является почти полной картиной присутствия собственной конечности или владения внешними манипуляторами. Показательных результатов в нашей стране добилась группа исследователей Московского государственного университета под руководством проф. А.Я. Каплана — их работа представляется фундаментом в деле создания интерфейсов расширения и контроля локомоторных функций тела человека.

Развитие метода прогнозируется в применении множества разных ощущений (модальностей) с целью формирования полноценного и чувствительного и моторного ответа искусственного, в том числе «дополнительного» сегмента конечности.

Достижения науки и техники в сфере разработки микросенсоров и актуаторов в разработке полимодальных («многочувственных») нейроинтерфейсов перспективны и будут весьма востребованы в течение следующих десятилетий.

* * *

1. Mercier C., Sirigu A. Training with virtual visual feedback to alleviate phantom limb pain. Neurorehabil Neural Repair. 2009 Jul-Aug;23(6):587-94

2. Ramachandran VS, Rogers-Ramachandran D, Cobb S. Touching the phantom limb. Nature. 1995 Oct 12;377(6549):489-90

и много-много других.

Полимодальные интерфейсы будущего

Любое использование наших материалов допускается только при соблюдении правил перепечатки и при наличии ссылки на оригинал статьи