Нейропротез позволил обезьянам "ощупывать" предметы силой мысли

Ученые разработали систему искусственного осязания, которая позволяет чувствовать поверхность, не дотрагиваясь до нее. Это даст возможность создавать протезы рук, способные передавать тактильные ощущения. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Российские ученые из Высшей школы экономики в сотрудничестве с коллегами из Университета Дьюка (США) и Высшей политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали нейропротез для активного тактильного исследования текстур.

Большинство современных протезов обмениваются информацией с остатками нервов ампутированной конечности, а не с головным мозгом напрямую. Нейропротезы — это электронные имплантаты, позволяющие восстановить чувствительные функции конечностей даже при полном поражении периферической нервной системы — например, при разрыве спинного мозга или при параличе. Кроме этого, получая обратную связь в виде тактильных ощущений, их владельцы смогут контролировать движения не только визуально, но и "на ощупь".

Авторы исследования решили выяснить, возможно ли вызвать ощущение шероховатости поверхности предмета при его виртуальном ощупывании, стимулируя соматосенсорную кору мозга, отвечающую за осязание.

Они имплантировали двум макакам-резусам электроды в участок соматосенсорной коры, причем у одной электрод был установлен так, чтобы стимулировать зону, ответственную за тактильные ощущения в пальце руки, а у другой — в ноге.

Затем животных усадили напротив экранов и дали джойстики, которыми те управляли, видя на экране движение курсора в виде виртуального пальца. На экран вывели два серых прямоугольника с различной степенью "шероховатости", которую имитировали вертикальные полоски, не видимые для глаза, но "осязаемые" с помощью виртуального пальца. Когда курсор пересекал полоски, соматосенсорную кору обезьян стимулировали через встроенные электроды.

После того, как обезьяны научились "чувствовать" текстуру прямоугольников на экране с помощью курсора, связь джойстика с курсором разорвали, и испытуемых подключили к виртуальному пальцу через интерфейс "мозг-компьютер-мозг". Обезьяну поощряли каждый раз, когда она выбирала самый "шершавый" прямоугольник.

Исследователей также интересовало, сохранится ли у животных способность различать тактильные свойства "поверхности" при разной скорости "ощупывания". Это было бы подтверждением того, что двигательный контроль "синхронизирован" с обратной связью от курсора.

Обе обезьяны уже после первой серии экспериментов справлялись с задачей лучше, чем если бы они просто угадывали. При этом на успешность не влияла скорость "ощупывания" — то, как быстро они проводили "рукой-курсором" над квазиосязаемыми объектами. И, значит, они действительно могли различить "шероховатость" разных прямоугольников.

В настоящее время ученые из ВШЭ вместе с коллегами из Московского медико-стоматологического университета проводят похожий эксперимент на людях.

"Выглядит это так, — приводятся в пресс-релизе учреждения слова Михаила Лебедева, научного руководителя Центра биоэлектрических интерфейсов ВШЭ и одного из авторов исследования. — Человек делает то же, что обезьяна, только электрод сидит у него на пальце и стимулирует сам палец".

"Я сам побывал в роли испытуемого, — продолжает ученый, — и в течение десяти минут точность моего ощущения все продолжала улучшаться".

Исследователи считают, что относительная простота разработанного ими интерфейса имитации ощущения тактильной текстуры позволит без труда внедрить технологию в уже существующие нейропротезы. Однако им еще предстоит разобраться в том, как кодировать тактильные ощущения сразу от нескольких рецепторов искусственной конечности, чтобы передавать информацию о более сложных текстурах.