Opičí mozek ovládá stroje na dálku

Američtí vědci využili nervové signály k manipulaci robotické ruky

Opičí mozek ovládá stroje na dálku

Řízení robotů pouhou silou myšlenky dříve patřilo do oblasti sci-fi. Nyní se tento cíl začíná blížit skutečnosti.

Opička natáhla přední tlapky a z tácku sebrala kousek pamlsku - a umělý neurální systém napojený na její mozek tuto činnost napodobil mechanickou rukou. Stejná robotická ruka se pohnula i v další laboratoři 950 kilometrů vzdálené.
Tyto stroje nepatří mezi první, které kdy byly ovládány pomocí mozku. Již v předchozích výzkumech se ukázalo, že potkan propojený s umělým neurálním systémem může "vůlí" přinutit napáječku s vodou, aby se pohnula. Současné experimenty jsou však mnohem složitější.
Vědci pod vedením Miguela Nicolelise z Duke University v Durhamu v Severní Karolíně implantovali elektrody do různých oblastí opičího mozku, o nichž věděli, že se nějakým způsobem zapojují do ovládání motorických funkcí. Když pak zvíře plnilo různé úkoly, jako třeba sbírání odlišných kousků potravy rozložených na tácku, elektrody zaznamenávaly aktivitu jeho mozku. Signály generované během mnoha opakování takových úkonů se vkládaly do počítače, který je analyzoval a pak porovnával s trajektorií končetiny opice.
Vždy, když se pak opice natáhla po potravě, byl počítač schopen zpracovat signály z mozku tak, aby v reálném čase vykonávala podobné prostorové pohyby také robotická ruka. Signály byly také běžným internetovým spojením posílány do "dotykové" laboratoře v Massachusetts Institute of Technology. "Pohled na hýbající se ruku byl úžasný," říká ředitel Laboratoře pro lidskou a strojovou haptiku Mandayam Srinivasan. "Věděl jsem totiž, že jejich původ je v laboratoři v Duke. Téměř to vypadalo, jako by opice měla 950 kilometrů dlouhou paži."
Dotyková laboratoř byla založena v roce 1990 a soustřeďuje interdisciplinární skupinu vědců zabývajících se haptikou, tedy výzkumem hmatu a dotyku. Haptika totiž může napomoci v různých oblastech medicíny. Jednoduchá haptická rozhraní již tvoří součást některých lékařských přístrojů a vědci nyní pracují na dalším cíli, jímž je robotická chirurgie - lékař i pacient tak mohou být při operaci od sebe vzdáleni celé světadíly. Zatím ale M. Srinivasan sestrojil simulátor, který má studentům medicíny ukázat, jak správně vpíchnout jehlu při aplikaci anestetika do páteře. Najít vhodné místo pod tolika vrstvami kůže není jednoduché, a přitom špatně zavedená jehla může pacienta i paralyzovat. Simulátor sestává ze stříkačky spojené se zařízením vybaveným motory k vytváření zpětné vazby, počítačem se simulačním programem a ze zad demonstračního panáka.
Hmat je ovšem v mnoha ohledech složitější než třeba zrak nebo sluch. Aby oko zaznamenalo pohyb, stačí promítat patnáct obrázků za vteřinu. Haptická obdoba, tedy ošálení konečků prstu tak, aby "ucítil" povrch, vyžaduje tisíc impulsů za vteřinu. Navíc zatímco oko reaguje pouze na světlo, konečky prstů zaznamenávají také tlak, vibrace a teplotu. "Není pak divu, že jsme dosud nebyli schopni postavit roboty, které by byly v tomto ohledu srovnatelné alespoň s dvouletým dítětem," říká M. Srinivasan.
Ale díky posledním pracím výzkumníků nyní lze rychleji zpracovávat více informací přicházejících z nervů tak, aby se dosáhlo složitějších a jemnějších robotických pohybů. Důležitá je rovněž skutečnost, že systém toho dosahuje díky primátům.
Podle M. Nicolelise se nyní vědci více soustředí na možnosti využití podobných systémů pro kvadruplegiky, tedy osoby, které nemohou ovládat všechny čtyři končetiny. Jednou by také lidé s náhradními končetinami mohli poručit svým protézám napojeným na mozek vykonat určitý pohyb.
Propojené systémy rovněž poskytují nezvyklý náhled do práce mozku. "Vytvořili jsme v tomto ohledu naprosto nové paradigma," říká M. Nicolelis. "Dosud jsme se snažili porozumět mozku tak, že jsme studovali jednotlivé neurony, všichni ale víme, že mozek funguje paralelním způsobem, takže k dosažení určitého chování se musí aktivovat obrovské množství buněk. Zavedení nové metody pro zaznamenávání aktivity až sta neuronů u primátů tak znamená pro vědu neobyčejný úspěch."
(spe)