Большая часть из нас не думает дважды, когда мы вытягиваем руки, чтобы обнять приятеля либо выдвинуть магазинную тележку — отечественные конечности сотрудничают свободно для следования за отечественными умственными командами. Для исследователей, проектирующих управляемые мозгом протезы для людей, но, это скоординированное перемещение руки есть пугающей технической проблемой. Новое изучение, показывающее, что мартышки могут пошевелить двумя виртуальными конечностями с лишь собственной мозговой деятельностью, есть значительным шагом к достижению той цели, говорят ученые.
Мозг руководит перемещением методом отправки электрических сигналов в отечественные мускулы через невроциты. В то время как соединяющие конечность невроциты повреждены, либо конечность ампутирована, мозг все еще в состоянии произвести те вызывающие перемещение сигналы, но конечность не может взять их либо не существует. Сейчас ученые трудились для устройств, названных интерфейсами мозговой автомобили (BMIs), что может уловить эти прерванные электрические сигналы и руководить перемещениями компьютерного курсора либо настоящего либо протезного виртуального.
До сих пор успех BMIs в людях был по большей части ограничен перемещением единственных частей тела, таких как рука либо рука. В прошедшем сезоне, к примеру, дама парализовала от шеи вниз в течение 10 лет, приказал, чтобы роботизированная рука забрала и сняла кусок шоколада к ее рту лишь методом размышления об этом. Но, «никакое устройство ни при каких обстоятельствах не будет трудиться на людей, в случае если это не вернёт бимануальные поведения”, говорит нейробиолог Мигель Николелис в Университете Дюка в Дареме, Северная Каролина, ведущем авторе бумаги. «Вы должны применять руки и ладони для самых несложных задач”.
В 2011 Nicolelis сделал волны методом объявления на Ежедневном шоу, что он развивает автоматизированный, управляемый мыслью «экзоскелет», что разрешит парализованным людям идти опять. Потом поднимая доли, он давал слово, что автоматизированное трико разрешит парализованному человеку пнуть футбольный мяч на протяжении церемонии открытия Бразильского мирового чемпионата 2014 года. (Nicolelis есть бразильским, и его изучение частично финансируется национальным правительством.)Тот подвиг потребует расшифровки сложных нервных сигналов, что координата две ноги, потому, что они идут совместно и сохраняют человека вертикально. Сейчас, удачно учебными двумя мартышками для управления виртуальными руками посредством лишь их умы бригада Николелиса придвинулась поближе к той цели.
Новый опыт включил двух мартышек, женщину и мужчину. Перед тем как это началось, каждой мартышке внедрили электроды в ее правое и левое мозговое полушарие, делавшее запись деятельности до 500 нейронов, действующих совместно — самое много нейронов, все же применяемых в таком опыте, говорит Николелис. Задача животного была в том, чтобы руководить перемещением двух рук аватара на компьютерном мониторе: Для получения вознаграждения фруктового сока это должно было поместить и передает два круга и держит их в том месте для 100 миллисекунд, как показано в видео выше.
Компьютерный метод обработал мозговую деятельность мартышки, концентрируясь на примерах нейронов, стреляющих, потому, что это обучалось делать задачу.Мартышка женского пола, названная мартышкой C, сперва изученный, как взять сок движущимися джойстиками с ее ладонями и реальными руками — в то время как она руководила джойстиками, левые и правые руки аватара, сделала то, чего она хотела.
После осуществления этого на протяжении систематических 20-к 40-минутным сеансам в течение года она была ограничена в обитый стул так, чтобы она не имела возможности двинуть собственными руками, и обученный руководить руками аватара лишь методом размышления. После недель практики она смогла выполнить задачу больше чем 75% времени, ученые информируют сейчас в Науке о Переводной Медицине.Потому, что парализованный человек либо калека не могут непременно практиковать задачу посредством джойстиков, следующий шаг должен был выяснить, имело возможность ли бы одно лишь наблюдение преподавать BMI. Мартышке M, мужчине, не дали использовать джойстики либо переместить его руки в любой пункт в опыте — он просто наблюдал делаемую задачу.
У него заняло больше времени обучаться, но мартышка M также обучалась руководить виртуальными руками посредством лишь его мысли. Производительность обоих животных, улучшаемая в течение продолжительного времени, и исследователи, увидела, что их нейронные образцы увольнения изменились, потому, что это случилось, предположив, что их мозги приспособились к устройствам BMI. Это могло быть то, в силу того, что мартышки приехали для рассмотрения виртуальных рук как часть их собственных органов, Nicolelis предлагает. “Животные практически включают аватар, как словно бы аватар был ими”.Базисная разработка, что Nicolelis и коллеги раньше извлекали инструкции для перемещения от путаницы сигналов мозга мартышки, не есть новой, говорит Хосе Контрерас-Видэл, инженер-биомедик в университете Хьюстона в Техасе.
Настоящая трансгрессия изучения, он говорит, то, что бригада смогла узнать, каких нейронов они должны были делать запись для управления двумя сотрудничеством оружия. Не обращая внимания на то, что возможно было бы высказать предположение, что будет вероятно нервную деятельность от двух рук, действующих независимо, изучение говорит о том, что клетки действуют по-второму, когда они координируют перемещения двух конечностей, чем они делают, раздельно инструктируя одну конечность либо второй, говорит он.
Это – первое изучение, которое будет извлекать и применять ту сложную данные для координирования перемещений руки в реальном времени, говорит Контрерас-Видэл.Не обращая внимания на то, что он соглашается, что новое изучение очень сильно, Эндрю Шварц, нейробиолог в университете Питтсбурга в Пенсильвании, считает, что ученые могут добиться большего успеха. Даже при том, что задача мартышек была достаточно несложна, у них было лишь примерно 45%-й показатель успешности в целом, отмечает он. “Я с нетерпением ожидаю более показателей успешности и высокой производительности и более реалистических естественных перемещений”.
Nicolelis, быть может, продемонстрировал, что мартышки могут обучаться применять эти руки аватара для исполнения одной несложной задачи, но не ясно, что тот же тип обучения будет трудиться на более сложные действия, которые люди должны выполнить, предостережения Контрерас-Видэла. «Это – первый шаг».