Осязание и проприоцепция — способность ощущать положение и движение собственного тела — критически важны для полноценного функционирования в обществе. Для людей с ампутациями утрата этих чувств приводит к снижению уровня независимости, что негативно сказывается на качестве их жизни.
Ученые из таких авторитетных учреждений, как Чикагский университет, используют эти открытия для создания передовых технологий нейронного протезирования, обеспечивающих тактильные ощущения. Они совместили стимуляцию мозга с высокотехнологичными роботизированными протезами, направленными на восстановление осязания.
Чарльз Гринспон, нейробиолог из Чикагского университета, отмечает: «Многие не осознают, насколько часто они опираются на осязание, а не на зрение, выполняя повседневные задачи — печатая, гуляя или поднимая хрупкую чашку с водой».
«Когда вы лишены чувства осязания, вам постоянно необходимо следить за движениями своих конечностей, что увеличивает риск уронить или разбить предмет», — добавляет он.
Исследования в области искусственного осязания
Работа, возглавляемая недавно ушедшим из жизни нейробиологом Слиманом Бенсмайей, опирается на десятилетнее сотрудничество между Чикагским университетом и Питтсбургским университетом. Исследования сосредоточены на интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), использующих миниатюрные чипы с электродами, имплантированными в моторные и сенсорные зоны мозга.
Эти системы позволят пользователям управлять протезами, лишь представляя необходимые движения, в то время как сенсоры на протезе возвращают тактильные ощущения обратно в мозг с помощью внутрикортикальной микростимуляции (ICMS).
Первоначально эта методика обеспечивала лишь минимальные ощущения контакта. «Наша цель заключалась в том, чтобы дать понять, что вы прикасаетесь к чему-то, но в основном это были только базовые сигналы, которые не могли точно указать, где именно произошел контакт», — поясняет Гринспон.
В исследовании, представленном в журнале Nature Biomedical Engineering, ученые акцентировали внимание на создании последовательной, локализованной и достаточно интенсивной тактильной обратной связи. Участники эксперимента сообщали о местоположении и силе ощущений, возникающих при активации определенных электродов, что помогло создать детализированные сенсорные карты руки.
Синхронная стимуляция соседних электродов способствовала возникновению более четких и ярких ощущений. Это существенно упростило пользователям процесс определения прикосновения и давления.
Чарльз Гринспон, Чикагский университет
«Если я активирую электрод в первый день, и участник ощущает его на большом пальце, мы можем протестировать тот же электрод спустя много дней или даже лет, и он все равно будет ощущаться в том же месте», — комментирует Гринспон.
Такая последовательность критически важна для пользователей протезов для того, чтобы они могли доверять своим устройствам, что делает выполнение рутинных задач, например, захват предметов, более естественным и менее вероятным для ошибок.
Развитие движений и усложненных ощущений
Под руководством исследователя Джакомо Валле группа ученых использовала соседние сенсорные зоны мозга для создания ощущений, которые имели характер скольжения по руке.
Участники сообщали о том, что чувствовали плавное, скользящее прикосновение при последовательной активации разных электродов. Это также позволило им распознавать формы и текстуры, например буквы, проведенные по кончикам пальцев. Например, пользователи могли адаптировать движение бионической руки для стабилизации управления рулем, что имитировало естественные реакции на изменяющиеся стимулы.
Исследователи уверены, что совершенствование конструкции электродов и новые хирургические технологии приведут к более точной обратной связи от устройств. Эти достижения уже внедряются в протезирование, где даже базовое тактильное восприятие значительно улучшает моторные функции.
Не забудьте прочитать интересную статью о том что археологи нашли древнее место поклонения в Иерусалиме.
Статья о научных достижениях в области нейронного протезирования и искусственного осязания вызывает большой интерес. Современные протезы уже способны вернуть человеку осязание, позволяя чувствовать текстуру предметов и даже определять, на какой палец приходится внешнее воздействие. Это стало возможным благодаря установке электродов в сенсорной зоне коры головного мозга, что демонстрирует потенциал для восстановления естественных функций.
Такие достижения открывают новые горизонты для людей с ампутациями, делая протезы не просто функциональными, но и способными интегрироваться в организм без отторжения. В будущем, с развитием искусственного интеллекта, можно ожидать еще более значительных прорывов в этой области, что приблизит нас к эре киборгизации.