Цифровой журнал «Компьютерра» № 195

_{Протез руки, управляемый через интерфейс «мозг — компьютер» (фото: livescience.com).}

Отсутствие тактильной чувствительности у любых протезов мешает воспринимать их как часть себя. Независимо от срока использования у большинства людей они продолжают ощущаться как внешний персонализированный инструмент. Однако отсутствие обратной связи с протезами — гораздо более серьёзная проблема, чем простой психологический дискомфорт. Без неё трудно определить температуру предмета, его массу и необходимую для удержания силу сжатия. 

Конечно, обычные протезы частично позволяют оценивать прилагаемые усилия, но это всегда происходит косвенным образом. Например, через меняющееся ощущение сопротивления в простых механических моделях или изменение звука сервоприводов у моторизированных. Этого явно недостаточно для уверенного использования.

Случайные прикосновения к горячим поверхностям повреждают протез, а «бесчувственность» приводит к постоянной неловкости движений. Во время интервью для издания Nature один из пациентов, участвующий в апробации различных протезов, пожаловался на часто возникающие из-за этого проблемы:

«Мне трудно понять, с какой силой надо сжимать искусственные пальцы. Когда я беру товар в магазине с полки, то нередко роняю его. Дома тарелки выскальзывают и бьются. Вместо того чтобы взять фрукт, я могу смять его. Если бы мой протез позволял чувствовать, я был бы очень рад этому и просто брал бы им любые предметы не задумываясь».

Группа исследователей из двух университетов провела серию экспериментов, в которых смогла добиться передачи электрических сигналов от группы датчиков непосредственно в сенсорную область коры больших полушарий у макак-резусов. Более того, лабораторные животные смогли успешно интерпретировать эти сигналы как тактильные ощущения от различных частей руки. Для этого импульсы направлялись к разным участкам сенсорной зоны.

_{Схема эксперимента: рецептивные поля и нейроимплант в районе центральной борозды (изображение: Gregg A. Tabot et al.).}

В другом исследовании группа макак подобным образом успешно определяла силу давления. Разумеется, мы не знаем наверняка, что чувствовали обезьяны. Однако по их поведению мы можем довольно уверенно судить о том, что в эти моменты они ощущали аналоги прикосновений.

Пока это лишь первые шаги на пути к созданию протеза с тактильной обратной связью. На данном этапе существует проблема со скоростью передачи сенсорных импульсов в мозг. Задержка ещё слишком велика, чтобы говорить о взаимодействии в реальном времени. 

Сначала происходит касание, затем обрабатывается информация от датчиков. На её основании кодируется и передаётся в мозг электрический сигнал, распознаваемый как тактильное ощущение. На каждом этапе тратятся доли секунды, но в результате реакция в целом выглядит заторможенной. Исследователи ищут способы уменьшить латентность системы.

В случае удачи созданный в Университете Джонса Хопкинса протез станет самым чувствительным среди всех аналогичных разработок. На нём разместят более сотни датчиков давления и температуры. Их количество кажется внушительным, если не сравнивать с кожей. Всего в ней содержится около 4 млн различных рецепторов, а их плотность измеряется десятками и сотнями на квадратный сантиметр.

_{Схема протеза руки с датчиками трёх типов (ранняя версия, изображение: Jasiek Krzysztofiak / Johns Hopkins University Applied Physics Lab.).}

Чтобы хоть как-то приблизить искусственную руку к такой чувствительности, практически все датчики будут расположены на ладонной поверхности кисти.

Биомедицинский инженер Роберт Кирш (Robert Kirsch), работающий в частном Кливлендском университете, высоко оценил важность разработки протезов с функцией осязания на страницах издания Nature:

«Вероятно, это следующая большая революция, которая должна произойти».

До сих пор исследователям удавалось считывать только общую и сильно упрощённую картину мозговой активности. Теперь перед ними стоит ещё более сложная задача — научиться передавать информацию о внешнем мире непосредственно в мозг, кодируя её в виде электрических сигналов.