Нейрокибернетика Выполнила ученица 10 класса МБОУ СОШ № 27 г. Ставрополя Жердева Алина
advertisement
Нейрокибернетика Выполнила ученица 10 класса МБОУ СОШ № 27 г. Ставрополя Жердева Алина Мозговые нейронные коды 2012 г. отмечен выдающимися достижениями в одной из наиболее интригующих областей исследования мозга – расшифровке мозговых нейронных кодов, отвечающих за организацию движения конечностей. Сегодня ученые вплотную приблизились к решению уникальной задачи – подключению к мозгу внешних электронно-механических исполнительных устройств, таких как искусственная рука. Идея С помощью специальной системы (нейроинтерфейса), регистрирующей активность нервных клеток моторной коры головного мозга и дешифрующей намерение человека совершить то или иное движение, мозг напрямую соединяется с внешними исполнительными устройствами. Регистрирующие электроды вживляются в мозг (что требует сложной нейрохирургической операции) просто закрепляются на голове, как это делается при снятии электроэнцефалограммы. Возникает ряд вопросов: Насколько точно можно выделить (и расшифровать) намерение к конкретному движению в рисунке сложной электрической активности множества нервных клеток? Насколько такие «коды намерений» будут устойчивы во времени и при действии различных отвлекающих факторов? Достаточно ли будет мозгу одной лишь зрительной обратной связи от исполнительного устройства, чтобы полноценно замкнуть контур управления? Механизм исполнения желаний Стадию обучения управлению мышцами мозг в обязательном порядке проходит в младенчестве. Поэтому мы особо не задумываемся при выполнении привычного движения Но обращению с нейроинтерфейсом придется обучаться специально: сформировавшийся мозг должен будет адаптироваться к совершенно новым условиям, когда его центральные программы будут транслироваться к исполнительным устройствам напрямую, минуя нервы и мышцы. Экспериментальный метод Э. Шварца Еще в 1986 г. Э. Шварц со своим старшим коллегой А. Георгополосом показали, что каждый двигательный нейрон своей электрической активностью вносит определенный вклад в программирование направления движения конечности; направление же траектории движения в каждый момент времени определяется итоговым вектором разряда всех задействованных корковых нейронов (Georgopoulos et al., 1986). Экспериментальный метод Э. Шварца В феврале 2012 г. пациентке было вживлено сразу две матрицы по 96 электродов, с помощью которых удавалось регистрировать активность до 270 корковых нейронов одновременно. Успех превзошел все ожидания: на второй день после окончания двухнедельного курса «тренировки» манипулятор подключили к мозгу пациентки, Дж. Шерман, она смогла обменяться рукопожатием с участником эксперимента, используя кисть манипулятора. А спустя 14 недель уже вовсю манипулировала искусственной рукой с надежностью 91,6 % Ученые из Национального института физиологических наук Японии создали особый чип, который передает импульсы мозга, считанные из мускулов рук, в центр движения в нижней части спинного мозга. Авторы предположили, что движения мускулов рук могут содержать в себе ту же самую информацию, которую спинной мозг передает в двигательные нейроны ног. Сравнив полученные данные с тем, как менялась активность нервных клеток в ногах их подопечных, ученые поняли, что подобную информацию действительно можно напрямую передавать в центры движения ног в частично поврежденном позвоночнике. Руководствуясь этой идеей, авторы статьи собрали экспериментальный прототип прибора, который в будущем вернет паралитикам возможность передвигаться при помощи своих собственных ног. Он состоит из трех частей наручные датчики особый микрочип магнитный стимулятор нейронов Просмотр видео Главная проблема сегодня заключается в том, что данный прибор не помогает паралитикам уклоняться от препятствий или удерживать вертикальное положение тела. Но в ближайшем будущем планируется решить эту проблему На сегодняшний день это, возможно, самые сложные искусственные конечности в мире. В скором времени такие конечности предполагается оснастить датчиками, измеряющими физические параметры окружающей среды, и исследователи примутся за обратную задачу, касающуюся проведения информационных потоков от протеза к мозгу. Список используемой литературы 1. 2. 3. 4. 5. Нейрокомпьютерный симбиоз: Движение силой мысли http://sk.ru/news/b/press/archive/2013/03/22/neyrokompyuternyysimbioz-dvizhenie-siloy-mysli.aspx Дмитрий Малянов «Рука двигалась туда, куда я хотел» http://www.gazeta.ru/science/2012/05/17_a_4585777.shtml История и направления развития нейрокибернетики http://bibliofond.ru/view.aspx?id=515843 Никольский Анатолий Евгеньевич «Кибернетические вопросы нейрореабилитации» http://noc.mgsgi.ru/index.php?id=137 Александр Телишев «Руки в ноги и вперед» http://rusplt.ru/world/ruki-v-nogi-i-vpered-12020.html Спасибо за внимание!
