Как "ощупывать" предметы силой мысли

Российские специалисты 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. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

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.