Российские биологи выяснили, как мозг управляет фантомными конечностями
Ученые из России выяснили, как человеческий мозг "подключает" к себе несуществующие фантомные конечности и управляет их движением, что можно использовать для присоединения кибер-рук и экзоскелетов к нервной системе людей, говорится в статье, опубликованной в журнале Nonlinear Dynamics.
"Мы создали интеллектуальную систему, способную автоматически и очень точно классифицировать сигналы ЭЭГ, связанные с воображением различных движений. Кроме того, раскрытые нами закономерности помогут компьютеру распознавать попытки человека воображать движения без предварительной тренировки. Это может быть использовано для разработки интерфейсов "мозг - компьютер", пригодных для широкого пользования", - заявил Владимир Максименко из Саратовского государственного технического университета, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.
Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) позволяют считывать и передавать сигналы в нервные клетки мозга и использовать эти сигналы для управления различными устройствами при помощи силы мысли, а также передачи данных из кибернетических приборов в мозг. Сейчас их применение крайне ограничено из-за сложностей в интерпретации сигналов, поступающих из нейронов, а также проблем с имплантацией электродов, их недолговечностью и громоздкостью.
Эксперименты последних лет с "фантомными" конечностями, не существующими в реальности, но воспринимаемые мозгом как нормальная часть тела, заставляют многих нейрофизиологов считать, что оптимальным путем решения этой проблемы станет не замена уже существующих частей тела на кибер-конечности, а подключение "лишних" рук и ног.
Мозг будет учиться управлять ими фактически с нуля, не используя те цепочки нейронов, которые традиционно дирижируют работой мышц рук и ног, что упрощает создание интерфейса и в теории позволит нервной системе пользоваться им без долгих тренировок, обязательных для фактически всех существующих сегодня систем BCI.
Максименко и его коллеги смогли решить эту проблему, наблюдая за тем, как два десятка студентов двигали по их команде своей реальной правой рукой и воображаемой конечностью. Сравнивая сигналы, которые записывали электроэнцефалографы, нейрофизиологи надеялись понять, как именно мозг "командует" вымышленной частью тела, и есть ли какие-то принципиальные отличия в управлении ими и реальными ногами и руками.
Как оказалось, такие различия действительно существовали и они, как считают ученые, были связаны с тем, что человек не имеет четкого представления о том, как выглядит его несуществующая "третья рука", какими размерами и другими характеристиками она обладает. Что интересно, со временем, когда мозг "привыкает" к появлению новой конечности, эти расхождения постепенно исчезают.
Анализируя эти сигналы, ученым удалось найти несколько общих закономерностей и характерных изменений в уровне активности в лобных долях мозга, которые позволили им создать алгоритм, способный определить, что человек начал двигать вымышленной рукой", анализируя сигнал ЭЭГ.
Дальнейшее изучение этих структур в сигнале ЭЭГ, как надеются российские ученые, поможет использовать вымышленные конечности в качестве основы для подключения реальных кибернетических протезов и других цифровых устройств к мозгу паралитиков, инвалидов и здоровых людей.
