Související obsah
- Tento bionický oblek může být budoucností protetiky
Inženýr univerzity v Houstonu Jose Contreras-Vidal provádí nějaký futuristický výzkum, který je cizí než vědecko-fantastický. Vyvinul „rozhraní mozek-stroj“, aby interpretoval mozkové signály a proměnil je v pohyb. S tímto rozhraním vytvořil bionickou ruku a počítačový avatar, které jsou ovládány myslí uživatele.
Ústředním prvkem jeho práce je však exoskelet, který má pomoci ochrnutým lidem chodit. Již několik let spolupracuje společnost Contreras-Vidal s exoskeletem dolních těl REX vyvinutým novozélandskou společností REX Bionics. Exoskelet je ovládán pomocí joysticku. Ale Contreras-Vidal a jeho tým již vybavili verzi, která bude použita s jejich rozhraním mozku a stroje. Uživatel exoskeletonu nosí čepičku elektrody se senzory na temeni hlavy, které čtou elektrickou aktivitu v mozku. Algoritmus vyvinutý Contrerasem-Vidalem a jeho týmem „interpretuje“ informace o mozku a převádí je do pohybu exoskeletu. Jinými slovy, nositel si myslí „pohyb, levé koleno“ a algoritmus jej promění v akci. To může vytvářet relativně rychlé pohyby, protože iu nezraněných lidí trvá zlomek vteřiny, než informace putují z mozku do těla.
"Kdykoli plánujeme hnutí, informace jsou k dispozici dříve, než hnutí skutečně uvidíme, " říká Contreras-Vidal.
Řada vědců v průběhu let pomohla ochromeným lidem pohybovat se pomocí elektrod implantovaných do jejich mozku. Patentovaný systém Contreras-Vidal je odlišný, protože je neinvazivní - uživatelé si víčko elektrody zapínají a vypínají podle libosti. To je zvláště užitečné v případě pacientů, kteří budou potřebovat exoskelet pouze dočasně, jako jsou například oběti mrtvice, které by mohly exoskelet používat k získání schopnosti chůze, a pak se učí chodit bez pomoci. (Brazilský tým vytvořil neinvazivní mozkový exoskelet, který umožnil paraplegikovi zahájit mistrovství světa v roce 2014; oblek však neumožnil uživateli chodit bez pomoci).
Myšlenka exoskeleton je výsledkem let práce na dekódování jazyka mozku. Na univerzitě v Houstonu řídí Contreras-Vidal laboratoř pro neinvazivní systémy rozhraní mozku a počítače, která zaměstnává tým inženýrů, neurovědců, lékařů, počítačových odborníků a dokonce i umělců. Před Houstonem řídil Laboratoř neuronového inženýrství a inteligentní protetiky na University of Maryland, kde pracoval na vývoji mozkových protetik pro amputy. Algoritmy používané k převádění myšlenek do pohybu se neustále zdokonalují, říká Contreras-Vidal v tom, co popisuje jako „tvůrčí proces“.
Právě teď jeho laboratoř pracuje na několika projektech pomocí rozhraní mozek-stroj. Jeden projekt se zabývá vývojem neuromotorů u dětí používajících elektrodový uzávěr; tým doufá, že lepší pochopení tohoto procesu může nakonec pomoci dětem s neurologickými vývojovými poruchami, jako je autismus. Další se snaží pochopit, co se děje v mozku, když lidé prožívají umění, vybavují návštěvníky muzea elektrodovým uzávěrem, když se dívají na uměleckou instalaci.
Exoskeleton ovládaný mozkem v současné době prochází zkouškami. Už se použil v řadě scénářů skutečného života; britský čtyřhlavý muž nedávno šel pomocí exoskeletonu na konferenci v Itálii.
Contreras-Vidal a několik jeho studentů předvedou exoskeleton na Smithsonianově nadcházejícím inovačním festivalu. Festival, spolupráce mezi Smithsonian Institution a US Patent and Trademark Office, se koná 26. a 27. září v Národním muzeu americké historie.
"Jsme velmi nadšeni z toho, že jdeme na Smithsonian, protože si myslím, že vědci musí mluvit s veřejností, zejména s dětmi, " říká Contreras-Vidal. "Musí být vystaveni tomuto typu technologie, aby viděli, že jde skutečně o vytváření a inovaci."
Jako kdyby robotický exoskelet nebyl pro děti a jiné návštěvníky festivalu dostatečně působivý, Contreras-Vidal a jeho tým umožní návštěvníkům prohlížet si vlastní mozkové vlny na obrazovce tím, že si nasadí elektrodové krytky. Contreras-Vidal popisuje ladění do mozkových vln člověka jako „poslouchání neurosymfonie“.
"Rád vidím mozek jako symfonii, kde všechny hlavní oblasti jsou součástí souboru a každý hráč v tomto souboru je zodpovědný za určitý aspekt svého chování, " říká. "K přehrání této hudby se musí koordinovat."
Tanečnice Becky Valls hraje na čepičce elektrod Contreras-Vidal (University of Houston) Překrývání umění a vědy je důležitou součástí práce Contrerase-Vidala. V minulosti zapojil umělce, aby nahlédli do tvůrčích procesů jejich mozku. Více nedávno pracoval s tanečníky. V projektu nazvaném Váš mozek na tanci vybavil tanečníky čepičkami elektrod a při jejich zobrazování zobrazoval výsledné mozkové vlny na obrazovce. Domnívá se, že v konečném důsledku by tento druh výzkumu nervového základu pohybu mohl vést k novému porozumění Parkinsonovým a dalším mozkovým onemocněním.
Na Festivalu inovací budou návštěvníci ošetřeni takovým tanečním představením.
"Vědci se mohou hodně naučit z umění a naopak, " říká Contreras-Vidal. "Doufám, že to zachytí představivost lidí, zvláště dětí."
Inovační festival se bude konat v Národním muzeu americké historie ve dnech 26. a 27. září od 10:00 do 17:00. Akce pořádaná Smithsonian Institution a US Patent and Trademark Office bude představovat příklady americké vynalézavosti vyvinuté nezávislou vynálezci, akademické instituce, korporace a vládní agentury.
