Американские учёные из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса при поддержке Агентства перспективных оборонных исследований (DAPRA), финансируемого Пентагоном, вплотную подошли к созданию киборга - человека, кое-какие части тела и органы которого заменены механизмами. Звучит пугающе, но это действительно так: на очередном этапе долгосрочной программы по высокотехнологичному протезированию в мозг человека будут встраиваться микросхемы, дающие возможность управлять протезом - электромеханической рукой - силой мысли, а именно точно аналогично тому, как если бы это была обычная "живая" рука.
Это далеко не первый проект по созданию искусственных конечностей, максимально приближённых к настоящим. Кстати, уже существуют протезы, команды на которые передаются электрическими сигналами через мышцы. Известен и эксперимент учёных Питтсбургского университета с макаками, посылавшими мысленные команды механической руке, которая очищала для них бананы.
В ходе программы, начавшейся под опекой DAPRA в 2009 году, были разработаны два сложных прототипа, любой из которых представлял собой протез, крепящийся к предплечью. Принципиальная новизна предстоящего эксперимента Университета Джона Хопкинса заключается в том, что в первый раз в мозг человека будет имплантирован нейронный интерфейс для управления искусственной конечностью.
На реализацию этой стадии проекта DARPA выделила Университету Джона Хопкинса 34,5 миллиона долларов. Пяти добровольцам предстоит испытать так называемый "Модульный протез конечности" (Modular Prosthetic Limb, MPL), весящий в пределах 9 фунтов либо 4 кг, а именно приблизительно столько же, сколько "настоящая" человеческая рука. Протез обладает 22 степенями свободы, включая независимые движения каждого пальца, и обратной связью, кстати, отдельными функциями осязания.
В ходе исследований учёным из Калифорнийского технологического института и Питтсбургского университета удалось разработать способ регистрации неврологических импульсов мозга с помощью микросхем с электродами, напоминающими маленькие волоски. Имплантируемые в мозг микрочипы призваны фиксировать сигналы, преобразовывать их в команды и передавать в устройство. Именно такие чипы в 2009 году были вживлены двум макакам в Питтсбургском университете. Через волоски-проводники сигналы мозга выводились из черепа, а позднее компьютер преобразовывал эти сигналы в команды, выполняемые механической рукой.
Первым испытателем новой системы будет доброволец с серьёзным повреждением спинного мозга. В последующем планируется, что ещё четыре пациента будут испытывать устройство во время 2-ух лет - пока таков максимальный срок службы микросхем. Как рассказывает менеджер программы Майкл Маклофлин, первоначально проект ориентировался на пациентов с квадриплегией (а именно с повреждением шейного отдела позвоночника, приводящего к отказу всех четырёх конечностей), поскольку в случае успеха они выигрывают больше всех. Отличаясь от множествах людей с ампутированными конечностями, у которых есть другие способности вести более-менее нормальную жизнь, такие пациенты в основной массе случаев в полной мере зависят от других и у них нет альтернативы. Благодаря исследованиям Университета Джона Хопкинса жизнь подобных людей может в полной мере измениться.
В проекте будут принимать участие тоже учёные из Калифорнийского технологического института, Университета Юты и Университета Чикаго. Со слов Майкла Маклофлина, для программы важен эксперимент специалистов из Калифорнийского технологического института и Университета Питтсбура в области интерфейсов мозг-компьютер, наработки учёных из Университета Чикаго по чувственному восприятию и разработки Университета Юты по созданию имплантируемых в человеческое тело устройств, способных выступать в роли интерфейсов для человеческого мозга. За постройку собственно протеза руки отвечает коллектив фирмы HDT Engineered Technologies.
Специалисты планируют проводить эксперименты и клинические испытания MPL с целью подтвердить возможность безопасного использования имплантируемых нейроинтерфейсов, способных эффективно управлять протезом. К первоочередным задачам проекта относится расширение возможностей осязания MPL, кстати речь идёт об ощущениях давления и прикосновения - этим будет заниматься, прежде всего, команда из Университета Чикаго. Итоги исследований помогут оптимизировать алгоритмы управления, обратной связи и осязания, которые будут в состоянии обеспечить полное и природное владение искусственной конечностью. Со слов Майкла Маклофлина, цель разработчиков заключается в том, чтоб обладатель такого протеза мог без особых проблем выполнять повседневные действия, к примеру, брать со стола чашку кофе и держать её в руке.
Специалисты из фирмы Blackrock Microsystems вместе с учёными из Университета Юты намерены трудиться над перспективной технологией создания электродов для записи и стимуляции сигналов мозга. Фирма HDT Engineered Technologies будет совершенствовать конструкцию протеза.
Главная цель всего этого масштабного и дорогостоящего проекта - сделать протез, как можно меньше отличающийся от настоящей руки не только внешне, но и функционально. В тоже время, несмотря на громкие заявления, пока финальный продукт далёк от совершенства, и перспективы проекта MPL остаются туманными. В пределах трёх месяцев вспять DARPA открыла новую программу по устранению изъянов существующих нейронно-протезных моделей - прежде всего, по продлению срока службы микросхем-имплантатов, без чего пациенты обречены постоянно подвергать себя серьёзному риску периодических операций на мозге.
Впрочем, Маклофлин полон оптимизма: "Итоги этой программы помогут пациентам с ампутированными верхними конечностями и повреждениями спинного мозга, и также тем, кто утратил функции применять собственные конечности, вести столь нормальный стиль жизни, насколько это вероятно - несмотря на серьёзные увечья либо дегенеративные неврологические заболевания".
