Журнал «Вокруг Света» №02 за 2007 год - страница 36
Зрители поудивлялись и забыли, а профессор Каплан спустя два года хотя и подтвердил большую часть своих первоначальных выводов, но все же отметил, что довольно высокий процент людей не в состоянии адаптироваться к управлению техническими устройствами посредством изменения своей ЭЭГ без помощи мышечного аппарата. И даже те, у кого это получается, не могут долго контролировать свое состояние. Очевидно, что такой способ управления роботами вряд ли годится для управления чем-либо более точным и сложным, чем игрушечный автомобиль.
Клаудиа Митчелл потеряла руку в ДТП и получила взамен «умный» протез, присоединенный к нервным окончаниям
Искусственная рука
Казалось, до решения вопроса управления эрзац-конечностями по-прежнему так же далеко, как и сотню лет назад. Между тем в Шотландии, а затем и в США давно проводят гораздо более сложные исследования, позволившие создать искусственную конечность, управляемую нервными импульсами, но тут уже не удалось обойтись без хирургического вмешательства. Изобретатели из Эдинбургского университета с типично техническим юмором назвали свое детище EMAS (Edinburgh Modular Arm System) — по имени прихрамывающей собаки одного из инженеров. Искусственную конечность, которая имела управляемые узлы в запястье, локте и плече, получил в 1993 году доброволец Кэмпбелл Эйрд (Campbell Aird), лишившийся руки из-за рака. К тому времени это был самый совершенный протез, его стоимость оценивается в 170 тысяч долларов. Он успешно прослужил 10 лет, после чего был взят разработчиками на модернизацию. Точность и качество исполнения механизмов и электроники можно оценить по тому, что Эйрд снова стал заниматься спортивной стрельбой и даже управлять спортивным самолетом. К сожалению, представители университета не опубликовали детальной информации об устройстве протеза. Известно только то, что для управления механизмами используются нервные импульсы в мускулах оставшейся части плеча. Возможно, поэтому данная разработка пока не заинтересовала ни один инженерно-медицинский концерн.
Американцы из Института реабилитации инвалидов в Чикаго повторили разработку шотландцев, но позаботились о более ярком освещении события. Они провели аналогичные операции пятерым мужчинам и одной женщине, по имени Клаудиа Митчелл, потерявшей руку в дорожной аварии. Министерство обороны США уже заявило о планах предоставлять роботизированные руки солдатам, покалеченным во время военных действий.
Потенциал действия нейрона
Нейрон — нервная клетка, через которую передается информация в организме. Она представляет собой морфофункциональную единицу центральной нервной системы человека и животных. Нейроны соединяются друг с другом посредством синапсов, которые делятся на возбудительные и тормозные. Активность первых увеличивает возможность разряда нейрона, активность вторых — снижает. При достижении некоторого порогового уровня возбуждения нейрон генерирует электрический импульс, называемый потенциалом действия. По образному сравнению, ответ нейрона на активность всех его синапсов представляет собой результат своеобразного «химического голосования». После импульса примерно на тысячную долю секунды нейрон становится недееспособным. Этот период нужен для восстановления ресурсов клетки. Совокупность электрической активности нейронов создает вокруг мозга и нервных волокон слабое переменное электромагнитное поле, которое можно регистрировать, например, при помощи электроэнцефалографа.
Ящик Харви
И все же электроэнцефалограф и оба варианта механической руки не так впечатляют, как прямое хирургическое вмешательство в черепную коробку. Как бы качественно ни выполнять съем данных при помощи ЭЭГ, этот метод не позволяет выделять сигналы отдельных нейронов. Даже хирургическая точность при сопряжении нервных окончаний с контактами электродов механической конечности обеспечивает лишь достаточно грубые реакции.
В начале 1980-х годов в американском Университете Джонса Хопкинса группа под руководством Апостолоса Георгопулоса (Apostolos P. Georgopoulos) стала проводить опыты по регистрации активности одиночных нейронов. После двух с лишним лет в экспериментах на моторной коре головного мозга макак было обнаружено, что активность некоторых нейронов меняется, когда обезьяна двигает рукой в определенном направлении. Каждый нейрон настроен на свое направление, вызывающее у него максимальную активность. При отклонении от этого направления активность клеток снижается пропорционально косинусу угла. Стало ясно, что можно с большой точностью расшифровать сигналы группы нейронов, отвечающих за движение конечности.