Czy wiesz, że:
Sterowanie maszynami za pomocą myśli? Protezy, które mózg rozpoznaje jako własne części ciała? To już rzeczywistość.
Nie możesz się ruszyć. Ktoś związał twoje ręce, unieruchomił cię w fotelu. A tobie chce się jeść. Tymczasem tuż przed nosem leżą soczyste, dojrzałe winogrona. Co zrobić, by znalazły się w twoich ustach? Wystarczy tylko bardzo, bardzo chcieć.
Takie proste? No nie do końca. Żeby siłą woli skłonić owoce, by ze stołu przewędrowały do pyska, trzeba być jeszcze makakiem biorącym udział w eksperymencie Andrew Schwartza. Wbrew pozorom nie jest on iluzjonistą, ale profesorem neurobiologii na Uniwersytecie w Pittsburghu w USA. Przedmiotem jego badań jest sprawowanie kontroli nad maszynami za pomocą samego tylko mózgu.
Małpy liżą sztuczne palce
Prof. Schwartz wszczepił dwóm makakom do mózgu elektrody połączone z komputerem i mechanicznym ramieniem. Małpy nauczyły się kontrolować owo ramię tylko za pomocą myśli. To kolejny spektakularny krok naprzód w pracach nad interfejsami mózg - maszyna.
- Naszym celem jest skonstruowanie protez dla ludzi, którzy są całkowicie sparaliżowani - wyjaśnia prof. Schwartz. - Chcemy też lepiej zrozumieć złożoność ludzkiego mózgu. Im bowiem więcej dowiemy się o nim, tym skuteczniej będziemy walczyć z takimi schorzeniami jak: parkinson, alzheimer, paraliż czy nawet choroby umysłowe.
Uczenie małpek kontroli nad mechanicznym ramieniem przebiegało w kilku etapach. Najpierw tylko przyglądały się jego ruchom, kiedy sterowane przez badaczy sięgało po kawałki owoców i słodycze, a potem przynosiło im łakocie do pyszczków. Potem mogły sterować nim za pomocą joysticka. Następnie wysięgnik sprzęgnięto z małpimi mózgami.
Elektrody grubości ludzkiego włosa wszczepiono zwierzętom w rejon zwany korą motoryczną. To obszar mózgu obsługujący ruchy ręki. Dzięki elektrodom sygnały elektryczne z neuronów przenoszone były do komputera. Ten zaś przetwarzał je i wysyłał odpowiednie komendy do sztucznego ramienia.
Małpkom unieruchomiono ręce. Po kilku próbach poruszenia nimi zauważyły, że ich wysiłki wprawiają w ruch robota. Trening w posługiwaniu się tą dziwaczną ręką zajął im kilka dni. Efekty były zadziwiające.
Mózgi zwierząt zaczęły z czasem traktować maszynę jak dodatkową część ciała. Kontrolowały ją niemal tak samo sprawnie jak biologiczną kończynę. Makaki siedziały w fotelu, a sterowane "myślą" ramię przynosiło im winogrona i inne słodycze. Łakocie docierały do pyszczków w dwóch trzecich prób. - To naprawdę imponujący wynik - zapewniają naukowcy.
Małpki szybko nauczyły się precyzyjnie i płynnie manipulować dwoma mechanicznymi palcami, w które zaopatrzona była maszyna - co więcej - nawet je oblizywały! Zwierzęta eksperymentowały, odkrywając nowe zastosowanie dla swych nowych dziwacznych rąk - to nie zdarzyło się dotąd w żadnym innym eksperymencie.
- W normalnym świecie dzieją się rzeczy nieprzewidywalne - komentuje to Schwartz. - Cukierki przyklejają się do palców albo wypadają z łapek. Komputer nie jest w stanie tego przewidzieć, ale mózg tak. Zwierzęta zlizywały więc cukierki, popychały sztucznym ramieniem jedzenie do buzi - tak jakby to była ich własna łapka. Potrafiły też spontanicznie zmieniać tor ruchu mechanicznej ręki, gdy eksperymentator nagle przełożył owoce, po które sięgały.
Niezwykle spektakularny eksperyment zespołu prof. Schwartza nie jest pierwszym tego rodzaju. W 1999 r. "Nature Neuroscience" opisało doświadczenie badaczy z Zakładu Neurobiologii i Anatomii Akademii Medycznej w Filadelfii. Zespół pod kierownictwem dr. Johna Chapina wytrenował szczury laboratoryjne tak, że aby dostać kroplę wody, musiały naciskać niewielką dźwignię. Jednocześnie naukowcy obserwowali aktywność kory ruchowej w mózgach gryzoniów. W ten sposób wytypowali 32 najbardziej aktywne neurony, do których podłączyli elektrody. Przewodziły one sygnały ze szczurzych mózgów do komputera, gdzie ulegały wzmocnieniu. Stamtąd biegły do klapki otwierającej poidełko. Samą dźwigienkę odłączono, ale pozostawiono na swoim miejscu.
Gdy po zabiegu szczury wybudziły się z narkozy, zaczęły po staremu naciskać bezużyteczną już dźwigienkę, by się napić. W poidełku pojawiła się woda! - Z czasem zwierzęta przestały naciskać dźwignię - opowiadał Chapin. - Zauważyły, że woda wypływa, zanim jeszcze dźwignia zostanie naciśnięta.
Wejść w wirtualny świat
Wielu naukowców zachęconych wynikami doświadczeń na zwierzętach spróbowało ich wyniki przenieść na ludzi. Jednym z nich był dr Niels Birbaumer, psycholog na uniwersytecie w niemieckiej Tybindze. Postanowił pomóc ludziom całkowicie sparaliżowanym, którzy nie mogą ruszyć nawet powieką.
Jego zespół rozpoczął eksperyment z udziałem dwóch pacjentów cierpiących na zaawansowaną postać stwardnienia zanikowego bocznego. Żaden z nich nie mógł samodzielnie jeść ani oddychać. Nie panował nad żadnym z mięśni. Obaj byli jednak w pełni świadomi. Jak nurkowie zamknięci w opadającym na dno niesprawnym batyskafie widzą i rozumieją, co dzieje się na zewnątrz, ale nie są w stanie reagować. Może i krzyczą w środku, ale nikt ich nie słyszy. Tak dwaj mężczyźni trwali do czasu, gdy do ich głów nie przyczepiono elektrod. Miały one mierzyć tzw. wolny potencjał korowy (SCPs) - aktywność elektryczną kory mózgowej. Podczas żmudnych treningów mężczyźni nauczyli się wpływać na jego wartość. Wtedy dr Birbaumer postawił przed ich oczami ekran, na którym pojawiały się litery. Pacjenci wskazywali tę, o którą im chodzi, podwyższając SCPs. Napisanie w ten sposób pierwszej informacji zajęło jednemu z nich aż 16 godzin. A jednak Birbaumer uznał to za ogromny sukces. - Dla sparaliżowanych oznacza to mniej więcej tyle, ile dla ludzkości pierwszy krok na Księżycu - skomentował swój eksperyment.
Trudno się dziwić, że powstały firmy, które w interfejsach mózg - maszyna zwietrzyły świetny interes. Jedną z nich jest amerykańska CyberKinetics. Pierwszym pacjentem, któremu wszczepiła ona chip do mózgu, był sparaliżowany Amerykanin Matthew Nagle. Z pomocą interfejsu może on korzystać z poczty elektronicznej, grać w gry komputerowe i samodzielnie zmieniać kanały w telewizorze.
Jednak wszczepianie elektrody bezpośrednio do komórek nerwowych to drogi (kilkadziesiąt tysięcy dolarów) i niebezpieczny zabieg. Grozi choćby groźną infekcją. Do tego w okolicy implantów w tkance nerwowej powstają "blizny", przez które nie przepływają impulsy elektryczne. Dlatego firmy zajmujące się neuroprotezami chciałyby zastosować mniej inwazyjne metody. Jednym z pomysłów jest wykorzystanie elektrokortykografii, czyli odczytywania sygnałów z elektrod umieszczonych pod czaszką na powierzchni mózgu. Ta metoda jest jednak mniej dokładna. Podobnie jak przetwarzanie przez komputer danych z elektroencefalogramu (EEG), badania fal mózgowych, które przeprowadza się przez założenie na głowę czepka z elektrodami.
Choć bardzo niedoskonałe, to ostatnie rozwiązanie wystarczy do komercyjnych zastosowań interfejsów mózg - maszyna. Sięgnęli po nie na przykład producenci gier komputerowych. Opracowują programy, które za pomocą specjalnego kasku czytają zmiany fal mózgowych i pozwalają kontrolować umysłem zabawę w wirtualnym świecie.
Olga Woźniak