Śledzę rozwój interfejsów mózg-maszyna oraz ich zastosowań do protez kończyn. Niedawny artykuł, dokumentujący kolejny stopniowy, ale znaczący postęp – łączy nową chirurgiczną technikę amputacji z projektowaniem protez tak, by to wykorzystać.
Celem jest zamknięcie pętli między dowolną kontrolą mięśni a czuciową reakcją, co jest krytyczne dla kontroli. Sposób, w jaki nasz mózg normalnie pracuje, to nieustanne monitorowanie rozmaitych strumieni czuciowych w celu tworzenia podświadomych i świadomych odczuć, że zajmujemy, jesteśmy właścicielami i kontrolujemy różne części naszego ciała.
Możemy uważać te zjawiska za oczywistość, ale są one czynną konstrukcją mózgu, która jest niezbędna dla właściwego funkcjonowania. Bez odczucia, że zajmujemy nasze ciało, mielibyśmy sensacje „pozacielesne”, jakbyśmy unosili się w przestrzeni, a to utrudniałoby kontaktowanie się z fizycznym światem.
Bez poczucia własności nie czujemy, że kończyna jest częścią nas i dlatego nie jest włączona w nasz wewnętrzny model własnego ciała. To jest obecna sytuacja z normalnymi protezami – użytkownik czuje, że są doczepione do niego, ale nie są jego częścią. Dlatego potrzeba więcej świadomego wysiłku, by ich używać i panowanie nad nimi nie jest równie dobre jak nad normalną kończyną.
Potrzebujemy także czuciowej reakcji, że nasze planowane ruchy istotnie zostały wykonane, czego wynikiem jest uczucie, że panujemy nad naszym ciałem. Bez takiego sprzężenia zwrotnego rezultat znany jest jako „zespół obcej ręki”. Ludzie mają wrażenie, jakby, na przykład, ich ręka nagle zaczynała działać sama z siebie, robiąc dziwne rzeczy, takie jak opróżnianie na podłogę ich kieszeni lub zawartości torebki. Wydaje się, że poczucie kontroli jest niezbędne dla rzeczywistej, świadomej kontroli, inaczej obca kończyna może zacząć działać na podstawie podświadomego szumu.
Wielu badaczy pracuje dlatego nad sztucznymi kończynami, które mają to odczucie. Pisałem dwa miesiące temu o takiej pracy, która używa wibracji, by sygnalizować ruchy kończyny, dając pewne poczucie własności i kontroli.
Nowe podejście może być jeszcze lepsze lub też ostatecznie zostanie połączone z wibracją. Pacjent miał bardzo poważnie zranioną i bolesną stopę, która trzeba było amputować. Zamiast standardowej amputacji połączyli ścięgna mięśni nogi, które normalnie poruszają stopą w przeciwnych kierunkach, jak podnoszenie stopy i stawianie jej. W ten sposób ścięgna będą ciągnęły się wzajemnie tworząc wrażenie reakcji na pożądany ruch.
Następnie sztuczna stopa-robot używała tych ruchów do kontrolowania ruchów stopy. Wynikający ruch był więc skojarzony ze specyficzną reakcją, która była podobna do normalnej reakcji czuciowej ruchów stopy. Kończyna-robot także ma czujniki, które będą wyczuwać i dostarczać reakcji do elektrod na skórze prawdziwej nogi.
Jak więc to wszystko działało? Pacjent, Jim Ewing, opowiadał:
Ewing odbierał wrażenia, gdy tylko stopa-robot została doczepiona i nastrojona. „Od razu zacząłem ją używać, jakby była moją stopą” – powiedział STAT. Nie musiał przeszkolić swojego mózgu, by otrzymywać pożądane ruchy.
“O, wow, coś tam jest – wspomina, jak natychmiast pomyślał. – To reaguje. To czuje się jakby moja stopa wróciła”.
To brzmi jak sukces. Odpowiada to wcześniejszym badaniom, które pokazały, że jest dość prosto odtworzyć zjawiska własności i kontroli. Potrzeba tylko czuciowych reakcji i wewnętrznie planowanego ruchu. Jeśli więc widzisz i czujesz, że twoja ręka została dotknięta, tworzy to poczucie, że ręka jest częścią ciebie, że jest tobą. Jeśli próbujesz podnieść rękę i czujesz, że się podnosi, to masz poczucie kontroli.
W tym przypadku chirurdzy zaobserwowali także (i możecie zobaczyć to na wideo z podlinkowanej strony), że Ewing wiercił stopą, nie zwracając na to uwagi. Piszą, że jest to zupełnie nowe zjawisko, nie widziane poprzednio przy protezach. Pokazuje to, że została zamknięta podświadoma pętla i mózg Ewinga traktował sztuczną stopę jakby była jego częścią.
Oczywiście, to jest jeden tylko przypadek. Trzeba zrobić większe badanie z wieloma ludźmi, żeby zobaczyć, w ilu wypadkach chirurdzy odniosą sukces z tą procedurą. Ciekawi mnie także zakres zastosowania tego, przez co rozumiem, ilu pacjentów wymagających amputacji będzie miało budowę odpowiednią dla tej procedury (co głównie będzie zależało od poziomu amputacji). A także, czy można to zastosować do pacjentów, którzy już wcześniej mieli amputację?
Dobrą wiadomością jest, że jest to kolejny dowód, że relacje mózg-maszyna-mózg są prawdopodobne i mogą być osiągnięte z już istniejącą obecnie technologią. Potrafimy robić kończyny-roboty, które będą odbierane jako całkowicie naturalne. Hackowanie czuciowych obwodów zwrotnych mózgu okazało się łatwiejsze niż przypuszczano, a elastyczność mózgu potrafi zaadaptować się do nowych interfejsów.
To ustawia nas na trajektorii, w której głównie chodzi o stopniowy postęp w technologii. Nie całkiem jesteśmy jeszcze na etapie „bionicznego człowieka”, ale widzimy do tego drogę.
Another Advancement in Prosthetic Limbs
1 czerwca 2018
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
Steven Novella
Neurolog, wykładowca na Yale University School of Medicine. Przewodniczący i współzałożyciel New England Skeptical Society. Twórca popularnych (cotygodniowych) podkastów o nauce The Skeptics’ Guide to the Universe. Jest również dyrektorem Science-Based Medicine będącej częścią James Randi Educational Foundation (JREF), członek Committee for Skeptical Inquiry (CSI) oraz członek założyciel Institute for Science in Medicine.
Prowadzi blog Neurologica.
