На открытии ЧМ-2014 в Бразилии покажут управляемый мозгом экзоскелет: наука или фикция?

18 мая '14

Журналист интернет-издания Wired.com Грег Миллер подготовил обзор передового экзоскелета, управляемого мозгом, который позволит парализованному человеку ударить по мячу на церемонии открытия ЧМ в Бразилии — по крайней мере, так говорят его идеологи, с которыми согласны далеко не все в научном мире. «Рейтинг Букмекеров» переводит статью Wired.com.

Экзоскелет, который используют в демонстрации на открытии ЧМ в Бразилии

Экзоскелет, который используют в демонстрации на открытии ЧМ в Бразилии

Если вы включите церемонию открытия ЧМ-2014, которая пройдет в Сан-Паулу 12 июня, то можете увидеть кое-что по-настоящему удивительное. Если все пройдет по плану, парализованный молодой человек выйдет на поле и ударит по мячу, и поможет ему в этом роботизированный экзоскелет, управляемый мозгом человека.

Стоит за этим смелым планом Мигель Николелис, нейробиолог из Бразилии, работающий в Университете Дьюка. Николелис – ведущий исследователь в области интерфейсов, связывающих мозг и компьютер. Речь об оборудовании, которое улавливает электрические сигналы мозга и позволяет управлять компьютерами или протезами людям, парализованным вследствие ДТП или нейродегенеративных заболеваний. Он рассматривает эту демонстрацию в рамках ЧМ как выход на новый этап для бразильской науки, шаг к тому, что заменит собой инвалидные кресла. Он сравнивает это с полетом человека на луну.

Не все разделяют его точку зрения. Некоторые исследователи подняли вопросы научного и этического характера, в том числе о том, действительно ли технология такая передовая, как утверждает Николелис, и не имеет ли место эксплуатация инвалида, не станет ли эта демонстрация преждевременным или беспочвенным обещанием.

«Многие люди ставят на то, что ничего удивительного в этом нет на самом деле, что это попросту мыльный пузырь», – утверждает Дэниел Феррис, нейробиолог-инженер из Университета Мичигана. Феррис говорит, что останется при своем мнении, пока не увидит демонстрацию.

Но даже экспертам будет сложно оценить научную составляющую демонстрации, просто наблюдая ее по телевидению.

Для исследователей из области интерфейсов «мозг-компьютер» значимость демонстрации зависит большей частью от того, до какой степени экзоскелет контролируется мозгом человека. Если мозг всего лишь посылает сигналы типа «стоп/пуск», которые запускают заранее запрограммированную комбинацию движений, то это примерно текущий уровень данной области науки. Несколько экзоскелетов, которые позволяют ходить (медленно) парализованному человеку, уже можно купить, и исследователи добились скромных успехов в том, чтобы управлять ими с помощью сигналов мозга типа «стоп/пуск». С другой стороны, если человек будет свободно передвигаться, с нормальной скоростью, и если сможет на лету менять траекторию движения – например, чтобы попасть по мячу, который сменил положение перед самым ударом – это стало бы феноменальным шагом вперед.

Когда я посещал его лабораторию в прошлом году, Николелис планировал использовать электроды, имплантированные в мозг волонтера хирургическим путем, чтобы записывать сигналы отдельных нейронов в тех областях мозга, которые контролируют движение, и использовать их для управления экзоскелетом. Но теперь его команда планирует использовать не требующие хирургического вмешательства ЭЭГ-электроды, закрепленные на черепе.

Автор проекта Николелис с экзоскелетом

Автор проекта Николелис с экзоскелетом

Долгое время продолжаются дебаты относительно того, какой метод лучше, и до недавнего времени Николелис настаивал на хирургической имплантации электродов. Основываясь на более чем 10-летних исследованиях, которые проводились в его лаборатории, он утверждал, что запись активности сотен или даже тысяч нейронов по отдельности обеспечивает больше информации, что может вылиться в более естественные движения. ЭЭГ же воспринимает комбинированные сигналы миллионов нейронов из более широких зон мозга. Иногда ученые иллюстрируют эту разницу, проводя параллель с оркестром: имплантированные электроды – все равно что записывать симфонию, используя микрофон для нескольких отдельных инструментов, а ЭЭГ – как записывать игру всего оркестра через один микрофон, причем из-за пределов зала.

Ни один метод не идеален, и сложная задача, стоящая перед исследователями, заключается в том, как получить достаточную информацию любым из способов, чтобы оперировать тем сложным роботизированным оборудованием, которое ныне умеют конструировать ученые. Нейробиология до сих пор не догнала робототехнику.

Ограниченные сроки и сложность организации хирургической имплантации заставили команду Николелиса переключиться на менее инвазивную стратегию ЭЭГ. Алан Рудольф, вице-президент по исследованиям Университета Колорадо и управляющий проектом, недавно рассказал изданию «MIT Technology Review» следующее: «Мы прекрасно осознаем ограниченность ЭЭГ, но мы решили продемонстрировать, что можно сделать». И Рудольф, и Николелис отказались от интервью для этой статьи, сославшись на занятость, а в случае Николелиса — еще и на статью, которую я опубликовал в прошлом году (она включала высказывания других исследователей, сомневающихся в этом проекте).

Даже при использовании ЭЭГ есть потенциал для шага вперед. Один из самых совершенных экзоскелетов – японский под названием HAL («Hybrid Assistive Limb»), который предназначен для людей с частичным параличом или атрофией мышц. «У него есть крошечные сенсоры, которые располагаются по всему экзоскелету, они позволяют измерять, как ноги надавливают на экзоскелет», – сказал Феррис. Сенсоры в ногах улавливают, когда человек подается вперед, и дают сигнал экзоскелету двигаться, по типу «сигвея». «Особого контроля над ним нет».

Некоторые системы разработаны с целью помочь людям с полным параличом. Одна из таких – экзоскелет производства Rex Bionics – тестировалась на людях, использовавших ЭЭГ-шлем для контроля движений. Получалось, но движение было медленным (как вы можете видеть в видео ниже). «Он двигается со скоростью, которая любого выведет из себя. Несколько минут требуется, чтобы пройти несколько метров», – говорит Феррис.

//www.youtube.com/embed/LXQMQ_1mhkU

По личной догадке Ферриса, не больше 30 подобных экзоскелетов регулярно используются людьми с полным параличом. Под регулярным использованием подразумевается, что они беспрерывно передвигаются в нем 1-2 часа, добавил ученый: «Вы не увидите, как они используют его каждый день, на протяжении всего дня».

//www.youtube.com/embed/T0lPYeoe2Jg

Большой вопрос в том, превзойдет ли демонстрация, запланированная к чемпионату мира, то, что делалось до этого. Новый экзоскелет был разработан робототехником Гордоном Ченгом из Технологического университета Мюнхена, и команда из более сотни ученых и инженеров работает в сумасшедшем темпе, чтобы все было готово вовремя (видео выше демонстрирует немного из того, что может этот экзоскелет). Они тестировали первого пациента всего три недели назад, 30 апреля, судя по новостям (и удивительному фото) на странице проекта на Facebook. Сотни, если не тысячи людей отправляют воодушевляющие сообщения в комментарии в надежде на то, что это оборудовании поможет их близким.

«Результаты намного превышают ожидания», – цитирует Николелиса сайт бразильского правительства, посвященный ЧМ-2014. «Мы не ожидали, что продвинемся так далеко с клинической точки зрения, и не ожидали таких интересных результатов нейробиологических исследований, какие получили в последние несколько месяцев».

Но это больше, чем наука. В Бразилии эта демонстрация имеет социальный подтекст.

«Основной посыл в том, что наука и технологии могут быть проводниками социальной трансформации целого мира, что их можно использовать, чтобы унять страдания и восполнить утраты миллионов людей», – сказал Николелис в интервью BBC на прошлой неделе. Он также рассматривает это как возможность улучшить имидж бразильской науки в мире и отдать долг родной стране, которую он покинул в возрасте 27 лет, чтобы учиться в США.

Подготовка к демонстрации экзоскелета, приуроченной к старту ЧМ в Бразилии

Подготовка к демонстрации экзоскелета, приуроченной к старту ЧМ в Бразилии

Но подготовка к чемпионату мира проходит на фоне все возрастающих народных волнений, поскольку бразильцы разъярены тем, что правительство тратит миллиарды, чтобы построить гигантские стадионы в городах, где многие люди живут в антисанитарии, без чистой питьевой воды и вещей первой необходимости. Правительство выделило 15 миллионов долларов США на проект разработки экзоскелета.

Все это выводит из себя нейробиолога Эдварда Теховника из Государственного университета Риу-Гранди-ду-Норти в Натале, Бразилия. Он критикует проект на научных и социальных основаниях: «Каждый день по пути на работу я проезжаю мимо этого мегастадиона. Он красив… как нечто с другой планеты. Но потом я отвожу взгляд и вижу горы мусора на улицах, я вижу тут и там ямы в дорожном покрытии, я вижу рушащиеся здания, вижу нищету». Теховник хотел бы, чтобы средства, отведенные на стадион и демонстрацию экзоскелета, были потрачены на постройку больницы, школы или чего-то еще, что принесло бы пользу людям в долгосрочной перспективе. «Для меня все это — неудачная затея, и тот паренек, который ударит по мячу, – единственное исключение из всего этого». Теховник – один из немногих ученых, которые готовы критиковать наполеоновский план Николелиса. Он имеет опыт сотрудничества с Николелисом: тот нанял его в 2010-м году, чтобы работать в новом исследовательском институте, который Николелис основал в Натале, а потом уволил в 2012-м году.

«Это непростая тема, в которой сошлись личная гордость, зависть, деньги и желание славы», – сказал один известный нейробиолог, который согласился на комментарий только на основаниях анонимности. Десять ученых, включая нескольких авторитетных исследователей из области интерфейсов «мозг-компьютер», отказались от комментариев или не ответили на предложение дать интервью. Некоторые из отказавшихся сослались на боязнь рисковать будущими заявками на получение грантов и публикациями в конкурентной области, где несогласие по научным вопросам иногда перерастает в личную вражду.

«Я думаю, что плюсов и минусов тут примерно 50 на 50. Но все мы понимаем, что провидцев от шарлатанов можно отличить только спустя пару десятков лет после подобных дебатов», – добавил этот нейробиолог по поводу демонстрации на ЧМ.

Запомните, за чем вам надо следить, если вы посмотрите демонстрацию через несколько недель. Скорость и плавность движений – хороший показатель, утверждает Феррис. Посмотрите видео теста экзоскелета Rex Bionics выше. Учитывая нынешний уровень технологий, от парализованного человека не стоит ждать движений Бекхэма.

Еще один важный фактор, по его словам, это тяжесть паралича человека. «Будет ли это некто с частичной травмой спинного мозга, немного передвигающийся самостоятельно, а экзоскелет лишь поможет ему в этом?». Очень сложно определить, какой вклад вносит экзоскелет. Практически невозможно определить, насколько контролирует экзоскелет человеческий мозг, считает Феррис. «Вам придется положиться на то, о чем они заявляют».

Остались вопросы? Спросите у наших знатоков!
Нашли ошибку?Сообщите о ней
Комментарии 4 0 0
  • ук
    украинец

    До чего дошёл прогресс —
    До невиданных чудес!
    Опустился на глубины
    И поднялся до небес.

    Позабыты хлопоты, остановлен бег —
    Вкалывают роботы, а не человек.

    До чего дошёл прогресс —
    Труд физический исчез,
    Да и умственный заменит
    Механический процесс.

    Позабыты хлопоты, остановлен бег —
    Вкалывают роботы, а не человек.

    До чего дошёл прогресс —
    Было времени в обрез,
    А теперь гуляй по свету,
    Хочешь с песней, хочешь без.

    Позабыты хлопоты, остановлен бег —
    Вкалывают роботы, счастлив человек.

  • ук
    украинец

    До чего дошёл прогресс —
    До невиданных чудес!
    Опустился на глубины
    И поднялся до небес.

    Позабыты хлопоты, остановлен бег —
    Вкалывают роботы, а не человек.

    До чего дошёл прогресс —
    Труд физический исчез,
    Да и умственный заменит
    Механический процесс.

    Позабыты хлопоты, остановлен бег —
    Вкалывают роботы, а не человек.

    До чего дошёл прогресс —
    Было времени в обрез,
    А теперь гуляй по свету,
    Хочешь с песней, хочешь без.

    Позабыты хлопоты, остановлен бег —
    Вкалывают роботы, счастлив человек.