Dabarties ir ateities neurotechnologijos

416

Vytauto Didžiojo universiteto Gamtos mokslų fakulteto Neurotechnologijų programos vadovas prof. dr. Saulius Šatkauskas ir lekt. Šarūnas Ašmantas

Ateities prognozavimas – viena populiariausių temų. Tačiau norint sėkmingai nuspėti tai, kas bus po keletos metų, reikia būti gerai susipažinus su technologijų evoliucijos dėsningumais, t.y. ne tik dabarties, bet ir praeities tendencijomis. Neurotechnologijos – viena sparčiausiai šiuo metu besivystančių mokslo sričių. Siūlome apžvelgti keletą šiuo metu žinomiausių technologijų, susietų su neurofiziologinės ir psichinės veiklos bendrais principais, pritaikymo atvejų.

Neurotechnologijos jau ir dabar nebėra tik futuristinės technologijos – šiandien taikomos tokios technologijos, kaip transkranijinė nuolatinės srovės ir transkranijinė magnetinė stimuliacijos, kiti įvairūs neurostimuliaciniai prietaisai, skirti smegenų veiklos aktyvinimui ar psichinių lygų gydymui. Privačiame sektoriuje atsiranda vis daugiau neurotechnologijomis grįstų produktų: portatyviniai elektroencefalografai smegenų aktyvumo vertinimo įrankiai, pagrįsti infraraudonųjų spindulių panaudojimu (hemoencefalografai (NIR, PIR)), paprastų ir sudėtingų robotų naudojimas remiantis smegenų aktyvumu ar modeliais. Neurotechnologijos apjungia kompiuterines technologijas, smegenų skenavimo ir stimuliavimo technologijas, neurofiziologinių signalų registravimo technologijas, signalų apdorojimą ir neurobiologiją.

Egzoskeletai

Šis žmonijos išradimas dar visai neseniai buvo tik fantastinių filmų elementu. Šiuo metu jis yra plačiai taikomas įvairiose srityse. Egzoskeletas – tai techninis įrenginys, atkartojantis žmogaus kūno judesius. Paprastai jis turi šarnyrines jungtis su įmontuotais elektros varikliais kūno dalių kopijoms judinti. Kaip veikia šis įrenginys? Ant galūnių yra uždedami jutikliai, kurie dideliu greičiu kopijuoja mūsų kūno judesius. Šio prietaiso dėka žmogus, net ir neturintis specialaus fizinio pasirengimo, gali išvystyti didelę jėgą.

Iš pradžių ši technologija buvo pritaikyta karo pramonėje. Dar XX amžiaus 7-ajame dešimtmetyje JAV mokslininkai buvo iškėlę pėstininko titaniniais šarvais idėją. Tuomet jie teigė, kad įmanoma, jog pastarasis galėtų judėti greičiau nei tas, kuris be šarvų. Šiuo metu jau yra įvairių egzoskeletų, didinančių kario jėgą. Egzoskeletai taip pat naudojami krovimo darbuose. Krovėjas, naudodamas egzoskeletą, gali pakelti kelis kartus daugiau.

Vis dėlto manoma, kad populiariausia egzoskeletų taikymo šaka bus medicina. Netolimoje ateityje egzoskeletas taps neatsiejamu vyresnio amžiaus žmonių, taip pat žmonių, turinčių judėjimo sutrikimų, palydovu, leidžiančiu pastarajam be pagalbininkų vaikščioti po miestą ar atlikti buities darbus. Netolimoje ateityje egzoskeleto technologija, jungianti neuromokslų ir mechatronikos pasiekimus, bus vis dažniau naudojama kasdienybėje.

Dirbtiniai jutimo organai

Neurotechnologijos yra plačiai taikomos kuriant dirbtinius jutimo organus. Šiuo metu labiausiai ištobulintas ir taikomas yra ausų implantas, kuris atstato klausą. Implantas yra įvedamas į ausies sraigę, dar vadinamą vidine ausimi. Išorės garsai priimami mikrofonu ir paverčiami elektriniais signalais. Pastarieji, apdoroti mikroprocesoriaus pagalba, siunčiami į implantą, kuris dirgindamas klausos nervus sukuria garsą.

Aktyviai dirbama ir su akių implantais. Šiuo metu šios technologijos konstrukcija nėra pakankamai išvystyta, nes daugumoje eksperimentinių sistemų signalas perduodamas tiesiogiai į pažeistos akies tinklainę. Netolimoje ateityje videokameros vaizdas bus paduodamas tiesiogiai į regos žievę pakaušyje. Šią technologiją planuojama pritaikyti ir ausies implantų gamyboje – signalai būtų siunčiami į klausos signalus apdorojančią žievę smegenyse. Be abejo, visi dirbtiniai jutimo organai prie žmogaus smegenų yra prijungiami chirurginiu būdu, o tai nėra taip paprasta ir saugu.

Vis dėlto, egzistuoja ir neinvaziniai metodai. Jau dabar sinestezijos reiškinio pagrindu yra sukurta dirbtinė regos sistema. Sinestezija – tai neurofiziologinis reiškinys, kai vienos jutimo sistemos jutimo organus perima kitos jutimo sistemos analizatorius. Paprastai tariant, galime matyti ausimis ir girdėti akimis.

Mokslininkai pastebėjo, kad žmogaus smegenis galima išmokyti netgi „matyti liežuviu“. Remdamiesi tuo jie sugalvojo įrenginį, kuriame panaudojamas sinestezijos efektas. Kaip tai veikia? Ant žmogaus galvos tvirtinama videokamera, o ant liežuvio – speciali matrica, į kurią patenka videokameros signalai ir pagal tam tikrą algoritmą yra dirginamas liežuvis. Naudojant šią technologiją išmokstama „matyti liežuviu“.

Dirbtinės  galūnės

Mokslininkai, stengdamiesi padėti žmonėms, netekusiems galūnių, yra sugalvoję įvairiausių išradimų. Deja, dauguma jų tik iš dalies atstato prarastų galūnių funkcijas. Šiuo metu sparčiai vystomi tyrimai, susiję su mechatroninių galūnių kūrimu. Šios dirbtinės galūnės yra valdomos mūsų nervų sistemos generuojamais signalais tarsi tai būtų natūrali galūnė. Signalai yra analizuojami integruotų kompiuterių, kurie kontroliuoja miniatiūrinius elektros variklius, valdančius galūnę. Tačiau kol kas šios sukurtos galūnės dar negali jausti. Pastaruoju metu atliekama daug tyrimų, siekiant išsiaiškinti, kaip perduoti signalą iš galūnėje įtaisytų jutiklių į žmogaus smegenis.

Žmogaus smegenimis valdomi robotai

Jei smegenų pagalba galime valdyti galūnes, kodėl negalėtume valdyti alternatyvaus kūno? Seniai žinoma, jog žmogaus smegenys gali išmokti valdyti prie jų prijungtus įrenginius. Šiuos signalus prie smegenų galima registruoti invaziniais ir neinvaziniais metodais. Pirmuoju atveju yra atliekama chirurginė operacija, kurios metu specialūs elektrodai įvedami į tam tikras galvos smegenų vietas arba tiesiog pajungiami smegenų žievės paviršiuje. Dėl savo sudėtingumo šis metodas nėra plačiai naudojamas.

Daug labiau paplitę yra neinvaziniai metodai. Tarp jų žinomiausi yra elektroencefalograma (EEG) ir artimųjų raudonai šviesai infraraudonųjų spindulių spektroskopija (NIR). Šių metodų pagalba, uždėjus ant galvos specialius jutiklius, galima nuskaityti smegenų signalus. Užfiksuoti signalai yra sustiprinami ir perduodami apdoroti kompiuteriui, iš kurio jie keliauja į valdomą prietaisą. Tiesa, jums, greičiausiai, iš pirmo karto nepavyks sklandžiai smegenimis kontroliuoti roboto – turėsite išmokti valdyti robotą, siųsti jam nurodymus.

Neinvaziniai metodai vystomi labai greitai todėl, kad jie yra prieinami ne tik medikams, bet ir neurotechnologams. Juos taip pat vis dažniau naudoja mokslo mėgėjai. Šiuo metu pasaulyje yra įvairiausių neurotechnologijų startuolių, kurie dažniausia kuria atviro kodo įrangas: nuo buityje naudojamų technologijų, eksperimentinių vežimėlių, bandomosios komunikavimo sistemos, leidžiančios susikalbėti su negalinčiais kalbėti pacientais, iki įvairių karinių neurotechnologijų.

Šiuo metu dažniausiai sutinkamos buitinės neurotechnologijos yra įvairūs žaisliniai robotai ar jų konstruktoriai. Žinomiausi yra „Lego“ robotai, tačiau juos sparčiai vejasi kompanija „Mackeblok“. Verta būtų išskirti ir neseniai pasirodžiusį startuolį „Neuron Open“, kurio pagalba žmogus gali valdyti buitinius prietaisus iš sapno.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.