Ученые выясняют, что происходит с нашей нейронной схемой, когда мы учимся использовать роботизированные обновления.
Что бы вы сделали с дополнительным большим пальцем? Освоить некий хитрый гитарный аккорд? Может быть, стать профессионалом в волейболе или опытным кукловодом теней?
Ученые и инженеры давно интересовались расширением человеческого тела дополнительными конечностями или пальцами. Ранее мы видели барабанщиков с тремя руками и роботизированные шестые пальцы для пациентов, перенесших инсульт. Теперь проект под названием «Третий палец» (The Third Thumb) показал, как мозг адаптируется к дополнительной части тела.
Роботизированный шестой палец для компенсации захвата у пациентов с хроническим инсультом. Видео: SIRSLab Siena-Robotics-Systems-Lab
«Третий палец» - это работа Дани Клод (Dani Clode), дизайнера и исследователя из лаборатории пластичности Лондонского университетского колледжа. Ее устройство представляет собой напечатанный на 3D-принтере протез, управляемый ногами.
Датчики давления под большими пальцами ног обнаруживают движение и передают эту информацию через Bluetooth на ремешок для часов, который оснащен двумя двигателями, которые управляют большим пальцем через тросы Боудена - аналогично тем, которые используются в велосипедных тормозах. Гибкий большой палец имеет две степени свободы (каждая контролируется большим пальцем ноги), и он движется странно, прямо как настоящий.
В недавнем исследовании, опубликованном на сервере препринтов bioRxiv (онлайн-архив исследований, которые еще предстоит рецензировать или опубликовать в журнале), Клод и ее коллеги исследовали, что происходит в мозге, когда люди получают лишний палец.
В течение пяти дней они обучали добровольцев пользоваться большим пальцем, прося их выполнять такие задачи, как строительство башен Дженга, поднятие бокалов для вина и черпание шариков из чашек. До и после обучения добровольцам сканировали мозг с помощью фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография).
Наша первая статья для третьего пальца Third Thumb теперь доступна для предварительной печати! Нейрокогнитивные последствия увеличения кисти. #thirdthumb @PlasticityUCL - Дани Клод (@DaniClode) 17 июня 2020 г.
Our first Third Thumb paper is now available as pre print! Neurocognitive consequences of hand augmentation. #thirdthumb @PlasticityUCL https://t.co/DxcuN6LwBx pic.twitter.com/jVZ3ZfiDWY
— Dani Clode (@DaniClode) June 17, 2020
Исследователи сосредоточили свое внимание на определенной области мозга, называемой «первичной сенсомоторной корой», которая активируется, когда мы двигаем пальцами. Моторная кора, также известная как двигательная кора (англ. Motor cortex) — области коры больших полушарий, отвечающих за планирование, контроль и выполнение произвольных движений. Они хотели выяснить, может ли тренировка с дополнительным большим пальцем повлиять на эту область.
И их предварительные результаты показывают, что это возможно - после тренировки доброволец обычно демонстрировал меньше различий между моделями активности мозга для отдельных пальцев. Другими словами, паттерны активности пальцев были менее выражены, что говорит о том, что тренировка с большим пальцем ослабила представление руки в мозгу.
«Большой палец» проекта Third Thumb имеет две степени свободы, позволяя захватывать и удерживать объекты. Фото: Dani Clode/daniclode.com/instagram @dani_clode
Это пример пластичности мозга - его способности перестраиваться при столкновении с новым опытом или ситуациями. Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, почему происходят эти изменения в мозге и каковы могут быть их последствия.
Полученные данные будут представлять большой интерес для разработчиков нового поколения протезов, управляемых мозгом. Эта технология «критически зависит от способности нашего мозга учиться, адаптироваться и взаимодействовать с этими устройствами», - пишут исследователи.
«Важно отметить, что такая успешная интеграция человека и робота может иметь последствия для некоторых аспектов репрезентации тела и управления моторикой, которые необходимо рассмотреть и изучить дальше».
Что дополнительный большой палец Third Thumb, напечатанный на 3D-принтере, может рассказать нам о теле и мозге? Вдохновленная происхождением слова «протез», дизайнер Дани Клод переводит разговор о протезировании на нечто более «экстраординарное» в своем проекте «Третий палец»; исследуя большие пальцы рук, контроль тела и будущее нейропластичности. Видео: TEDx Talks
Еще три робо-апгрейда:
1) Дополнительная рука
Гил Вайнберг и Тайлер Уайт играют на барабанах роботизированной рукой. Фото: Georgia Tech
В 2016 году исследователи из Технологического института Джорджии представили роботизированную руку, которую барабанщики прикрепляют к плечам. Рука реагирует на темп и ритм музыки.
2) Костюм робота
Беспрецедентный нейропротез позволяет пациенту с тетраплегией, оснащенному экзоскелетом, двигаться. Фото: Clinatec/Juliette Treillet
Костюм, управляемый мозговыми волнами, позволил парализованному французу двигать всеми четырьмя конечностями. Он работает через электроды, имплантированные на поверхность его мозга.
3) Имплант ключей
Замена ключей, карт, бейджей и паролей на надежный имплант с чипом для идентификации личности. для легкого доступа, просто взмахнув рукой. Фото: VivoKey
Имплантируемые чипы VivoKey позволяют людям открывать двери, обмениваться данными или получать доступ к веб-сайтам, взмахом руки. Они работают как бесконтактные кредитные карты.
Источник: BBC Science Focus Magazine
