Ученые впервые научились считывать намерения человека двигать ампутированной ногой — прямо из нерва. Электроды, вживленные в седалищный нерв двух пациентов с ампутацией выше колена, улавливали импульсы, которые мозг продолжает посылать в отсутствующую конечность. Искусственный интеллект расшифровывал эти сигналы и определял, что именно человек хотел сделать — согнуть колено, повернуть стопу или пошевелить пальцами. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
После ампутации мозг не «забывает» потерянную ногу. Нервные пути продолжают посылать команды. Эти блуждающие импульсы перехватили исследователи из Технологического университета Чалмерса и Цюрихского университета. Каждому участнику вживили четыре миниатюрных матрицы с 14 точками записи каждая — итого 56 каналов на человека. Во время сеансов людей просили мысленно выполнять движения по экранной подсказке, пока система фиксировала активность нерва.
Принципиально важная деталь: аппаратура уловила команды даже от мышц пальцев — тех, что были удалены при операции. Накожные датчики до таких сигналов не добираются, ведь мышц физически больше нет. Запись изнутри нерва — выше точки, откуда импульсы когда-то расходились по всей ноге, — позволяет перехватить намерение еще до того, как оно «ищет» исполнителя.
Расшифровкой занималась импульсная нейронная сеть — особый вид ИИ. В отличие от обычных алгоритмов, работающих с усредненными данными, она анализирует точные моменты отдельных нервных вспышек — ровно так же, как работают настоящие нейроны. Отсюда и преимущество перед традиционными методами. Точность распознавания движений достигла 64−72% в зависимости от участника. Дополнительный бонус обнаружился неожиданно — электроды попутно улавливали слабые сигналы от остаточных мышц бедра, и добавление этих данных улучшило результат без какого-либо дополнительного вмешательства.
Попутно обнаружилось кое-что важное: двигательные и чувствительные волокна внутри седалищного нерва расположены в разных зонах. Это означает, что один и тот же имплант через одни электроды считывает команды на движение, а через другие способен передавать обратно ощущение прикосновения или давления — как настоящая нога. Такой двусторонней связи с нервной системой у современных коммерческих протезов нет вообще.
Над похожими задачами работают и другие команды. В MIT разработали протез голени с моторизованным голеностопом, который подключается к остаточным мышцам и имитирует более естественную походку. Швейцарская EPFL создала протез руки с обратной тактильной связью — человек чувствует захват пальцами. Американский стартап Össur продвигает протезы колена с миоэлектрическим управлением, считывающим сигналы с кожи бедра. Т. е. в итоге протез должен стать продолжением тела, а не просто механическим заменителем какой-то части тела.
Пока испытания прошли только на двух людях в лабораторных условиях, и до реального применения еще далеко. Следующий шаг — проверить систему на настоящем протезе в движении. Но сама гипотеза уже доказана.
Ранее мы писали о том, что датчики в стиле киригами точно отобразили активность нейронов.
