เครื่องจักรที่ให้ความรู้สึกขอให้นำในเทียม 'เจได'

วิธีการใหม่ของความรู้สึกโดยไม่ต้องสัมผัสอาจทำให้คนที่เป็นอัมพาตหรือแขนขาหายไปโต้ตอบกับโลกโดยใช้อุปกรณ์เทียมที่มีความซับซ้อนซึ่งส่งความรู้สึกไปยังสมองโดยตรง

วิธีการที่ผ่านการทดสอบในลิงจนถึงตอนนี้คือ "เหตุการณ์สำคัญสำคัญ" สำหรับอวัยวะเทียมของระบบประสาทตาม Miguel Nicolelis นักวิจัยการศึกษาแพทย์แพทย์และนักประสาทวิทยาที่ศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัย Duke อวัยวะเทียมประสาทเป็นแขนขาหุ่นยนต์หรืออุปกรณ์ที่มีโครงกระดูกควบคุมโดยสัญญาณประสาทเท่านั้น- Nicolelis และนักวิจัยคนอื่น ๆ วางแผนที่จะทดสอบอุปกรณ์เหล่านี้ในมนุษย์ภายในหนึ่งถึงสามปีข้างหน้า

“ ฉันชอบที่จะบอกว่าจริง ๆ แล้วเราปลดปล่อยสมองจากขีด จำกัด ทางกายภาพของร่างกายของลิง” Nicolelis บอก LiveScience "เขาสามารถเคลื่อนไหวและรู้สึกโดยใช้สมองเท่านั้น" [อนาคตอยู่ที่นี่: Cyborgs เดินท่ามกลางพวกเรา]

การเคลื่อนไหวและความรู้สึก

นักวิจัยทั่วโลกเป็นอุปกรณ์พัฒนาที่ทำงานอย่างหนักซึ่งจะทำงานได้เหมือนมือเทียมของลุคสกายวอล์คเกอร์ในภาพยนตร์เรื่อง "The Empire Strikes Back" หลังจากสูญเสียมือของเขาในการดวลดาบแสงเจไดรับแขนขาใหม่พร้อมฟังก์ชั่นทั้งหมดของมือเดิมของเขา

“ เขาได้รับแขนของเขาสับและอีกหนึ่งชั่วโมงต่อมาพวกเขาวางแขนขาเทียมไว้กับเขาและเริ่มโผล่แขนและเขาประสบกับการโผล่เหล่านั้นราวกับว่ามันเป็นแขนขาที่แท้จริง” Sliman Bensmaia นักวิจัยทางประสาทสัมผัสที่มหาวิทยาลัยชิคาโกกล่าว

สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดกับมือของ Skywalker ในวันนี้คือแขนหุ่นยนต์ที่ควบคุมสมอง (DARPA) ของหน่วยงาน Research Agency (DARPA) ซึ่งกำหนดไว้สำหรับการทดสอบของมนุษย์ในเวลาประมาณหนึ่งปี แขนสามารถงอและบิดเหมือนแขนขาธรรมชาติและถูกควบคุมโดยอิเล็กโทรดที่ฝังอยู่ในสมอง อิเล็กโทรดแปลกิจกรรมไฟฟ้าจากเซลล์สมองเป็นคำสั่งสำหรับแขนส่งผ่านสัญญาณไร้สาย -มนุษย์ไบโอนิค: เทคโนโลยี 10 อันดับแรก-

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

แต่เคล็ดลับในการรับอุปกรณ์เช่นแขน DARPA ไปทำงาน Bensmaia กล่าวว่ากำลังได้รับแขนขาเท็จเพื่อพูดคุยกลับไปที่สมอง ยกตัวอย่างเช่นแขนสามารถเคลื่อนที่ไปในหลาย ๆ ทิศทางและมีหลายรูปแบบที่เป็นไปไม่ได้ที่จะควบคุมการเคลื่อนไหวดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพตามสายตาเพียงอย่างเดียว คุณต้องสามารถรู้สึกได้ว่าแขนกำลังทำอะไรอยู่ แต่ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์มีความก้าวหน้าอย่างมากในการติดสัญญาณสมองถึงหุ่นยนต์เพื่อสร้างการเคลื่อนไหวของมอเตอร์ด้านประสาทสัมผัสได้ล้าหลัง

“ สำหรับพวกเราทุกคนที่ทำงานอยู่มี 10 คนที่ทำงานด้านมอเตอร์” Bensmaia กล่าว

Nicolelis กล่าวว่าความท้าทายครั้งใหญ่คืออุปกรณ์เหล่านี้ใช้อิเล็กโทรดในสมองเพื่อกระตุ้นเซลล์ประสาท ไฟฟ้าเป็นวิธีที่ค่อนข้างทื่อในการเคลื่อนย้ายสมองเมื่อเทียบกับความซับซ้อนของตัวรับประสาทสัมผัสของเราและการส่งสัญญาณประสาทสัมผัสไฟฟ้าไปยังสมองในขณะที่พยายามสกัดสัญญาณมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถแย่งสัญญาณทั้งสอง

Nicolelis และเพื่อนร่วมงานของเขาประสบปัญหานี้โดยการผสมผสานสัญญาณประสาทสัมผัสและมอเตอร์ ในรูปแบบแสงสีเขียวแสงสีเขียวอินเทอร์เฟซเครื่องจักรสมองใหม่จะอ่านคำสั่งสมองจากนั้นสลับไปที่การส่งสัญญาณสัมผัสกลับไปที่สมองสำหรับมิลลิวินาทีในแต่ละครั้ง

เทคนิค "ช่วยให้เราสามารถส่งสัญญาณเหล่านี้ในช่วงเวลาที่เราไม่สูญเสียอะไรมากหรือเกือบทุกอย่างในแง่ของการบันทึกสัญญาณมอเตอร์ที่สมองกำลังสร้างขึ้น" Nicolelis กล่าว เขาและเพื่อนร่วมงานของเขารายงานวิธีการออนไลน์ของพวกเขาในวันพุธ (5 ต.ค. ) ในวารสารธรรมชาติ

monkeying รอบ ๆ

เพื่อทดสอบวิธีการนี้ Nicolelis และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ปลูกฝังลิงจำพวก Rhesus สองตัวด้วยอิเล็กโทรดสมอง อิเล็กโทรดหนึ่งชุดเข้าไปในเยื่อหุ้มสมองมอเตอร์ของแต่ละลิงซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่ควบคุมการเคลื่อนไหว อีกชุดหนึ่งเข้าไปในพื้นที่ประสาทสัมผัสของสมองของลิง

ทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัย Duke นำโดย Miguel Nicolelis ได้เพิ่มความรู้สึกสัมผัสที่สัมผัสได้ในส่วนต่อประสานสมองของพวกเขาซึ่งออกมาถึงการเคลื่อนไหวของแขนขาเสมือนจริง(เครดิตภาพ: Katie Zhuang)

จากนั้นนักวิจัยได้ฝึกฝนลิงให้ดูหน้าจอคอมพิวเตอร์ที่วัตถุสามอย่างที่เหมือนกัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างทั้งสามคือวัตถุหนึ่งมี "พื้นผิวเสมือน" ขั้วไฟฟ้ามอเตอร์อนุญาตให้ลิงเคลื่อนย้ายแขนเสมือนจริงเหนือวัตถุโดยใช้สัญญาณสมองเท่านั้น หากลิง "สัมผัส" วัตถุที่มีพื้นผิวด้วยแขนเสมือนจริงมันจะได้รับสัญญาณไปยังส่วนประสาทสัมผัสของสมอง

สัตว์ต้องเลือกวัตถุพื้นผิวที่ถูกต้องด้วยแขนเสมือน หากพวกเขาประสบความสำเร็จพวกเขาจะได้รับรางวัลด้วยน้ำผลไม้

ลิงเป็นเอซในการทดสอบ Nicolelis กล่าวโดยให้สิ่งที่เขาเรียกว่า "พิสูจน์หลักการ" ว่าอิเล็กโทรดสามารถส่งข้อมูลไปยังบริเวณสมองประสาทสัมผัสในเวลาใกล้เคียง ลิงตัวหนึ่งเรียนรู้วิธีการค้นหาวัตถุที่มีพื้นผิวภายในการทดลองสี่ครั้งในขณะที่อีกตัวหนึ่งใช้เวลาเก้า เมื่อการทดลองดำเนินต่อไปลิงก็ดีขึ้นเรื่อย ๆงานสมองเท่านั้นอย่างที่พวกเขาจะมีถ้าพวกเขาใช้มือและแขนที่แท้จริงของพวกเขา

“ มันค่อนข้างเร็ว” Nicolelis กล่าว "เนื่องจากเราไม่สามารถพูดคุยกับลิงได้ฉันจึงคิดกับผู้ป่วยมนุษย์มันจะง่ายขึ้นมาก"

ความรู้สึกที่เข้าใจง่าย

การเพิ่มความคิดเห็นทางประสาทสัมผัสกับการกระทำของมอเตอร์เป็น "นวัตกรรมที่สำคัญ" Bensmaia กล่าว แต่ต้องทำมากขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณทางประสาทสัมผัสนั้นสมเหตุสมผล ในการศึกษาลิงสัญญาณกระตุ้นมือของลิงหนึ่งตัวและขาของลิงตัวอื่น แต่ไม่มีทางที่จะรู้ว่าสัตว์มีประสบการณ์ความรู้สึกอย่างไร เพื่อย้ายไฟล์แขนขาที่ซับซ้อนBensmaia กล่าวว่าสัญญาณจะต้องใกล้เคียงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้กับสิ่งที่แขนขาดั้งเดิมจะผลิต

“ มีสัญญาณรบกวนนี้มาจากแขนที่สามารถให้ความสับสนได้มากกว่าที่จะช่วยในการควบคุมแขนเว้นแต่ว่าสัญญาณเหล่านี้จะใช้งานง่ายในทางใดทางหนึ่ง” Bensmaia กล่าว "นั่นคือความท้าทายที่สำคัญต่อไป"

ความท้าทายอีกประการหนึ่ง Nicolelis กล่าวคือการบันทึกกิจกรรมของเซลล์ประสาทมากขึ้นในครั้งเดียว ยิ่งสัญญาณของเซลล์ประสาทมากเท่าไหร่เขาก็ยิ่งควบคุมได้มากขึ้น เขาและเพื่อนร่วมงานของเขาเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ International Walk อีกครั้งซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนากเต็ม "exoskeleton"สำหรับผู้ป่วยที่เป็นอัมพาต แนวคิดก็คือว่าโครงกระดูกภายนอกควบคุมโดยสมองจะแทนที่การควบคุมกล้ามเนื้อของบุคคลที่หายไปทำให้พวกเขานั่งยืนและเดิน

เป้าหมายของ Nicolelis กล่าวคือการเตรียมโครงกระดูกภายนอกให้พร้อมในสามปี - ทันเวลาสำหรับการแข่งขันฟุตบอลโลกปี 2014 ในประเทศบ้านเกิดของเขาในบราซิล

“ เราคิดว่าเราสามารถทำสิ่งนี้ได้ในอีกสามปีข้างหน้า” Nicolelis กล่าว “ เราหวังว่าวัยรุ่นที่เป็นอัมพาตจนถึงตอนนั้นจะสามารถเดินเข้าไปในเกมเปิดและเตะบอลเปิดการแข่งขันฟุตบอลโลก”

คุณสามารถติดตามได้LiveScienceนักเขียนอาวุโส Stephanie Pappas บน Twitter@sipapas-ติดตาม LiveScience สำหรับข่าววิทยาศาสตร์ล่าสุดและการค้นพบบน Twitter@livescienceและต่อไปFacebook-

相關貼文