Τα πειράματα
Το επίτευγμα ανήκει σε ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Νευροβιολογίας Μιγκέλ Νικολέλις της Ιατρικής Σχολής του πανεπιστημίου Ντιουκ των ΗΠΑ, που είναι εκ των πρωτοπόρων του συγκεκριμένου ερευνητικού τομέα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εξειδικευμένο λογισμικό και δημιούργησαν ένα ψηφιακό alter ego των πειραματόζωων στην οθόνη, ένα άβαταρ όπως είναι η πιο κοινή ονομασία αυτών των ψηφιακών αντιγράφων μας.
Κατέγραψαν μέσω της εμφύτευσης ηλεκτροδίων στον εγκέφαλο την ηλεκτρική δραστηριότητα περίπου 500 νευρώνων στον σωματοαισθητικό φλοιό καθώς και στον κινητικό φλοιό - πρόκειται για τις περιοχές που είναι υπεύθυνες για την αίσθηση της θέσης του σώματος, την αφή και την κίνηση. «Πιστεύουμε ότι πρόκειται για τον μεγαλύτερο αριθμό νευρώνων των οποίων καταγράφεται ταυτοχρόνως η δραστηριότητα σε πρωτεύον θηλαστικό εκτός του ανθρώπου» σημείωσε ο δρ Νικολέλις.
Ενώ κατέγραφαν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου των πιθήκων, οι επιστήμονες τους «εκπαίδευσαν» ώστε να κινούν τα χέρια του «άβατάρ» ακολουθώντας δύο κινούμενους στόχους σε μια οθόνη. Αρχικώς δίδαξαν τους πιθήκους πώς να κινούν τα εικονικά χέρια του άβαταρ με χρήση δύο τζόιστικ. Ενόσω συνέβαινε αυτό ένας ειδικός αλγόριθμος που έτρεχε σε υπολογιστή μάθαινε ποια εγκεφαλική δραστηριότητα ταίριαζε με ποιες κινήσεις.
Οταν αυτό επετεύχθη τα τζόιστικ αποσυνδέθηκαν και ο αλγόριθμος... ανέλαβε δράση. Μόλις το πρόγραμμα ανίχνευε ένα μοτίβο στον εγκέφαλο το οποίο μαρτυρούσε τάση για κίνηση, τότε κινούσε τα εικονικά χέρια προς την κατεύθυνση που υποδείκνυε το εγκεφαλικό σήμα. Οι πίθηκοι λάμβαναν ανταμοιβή κάθε φορά που τα χέρια έβρισκαν τον στόχο, έτσι γρήγορα έμαθαν να τα κινούν μόνο με τη σκέψη.
Οι ερευνητές πήγαν όμως και ένα βήμα πιο πέρα. Θέλησαν να δουν αν μπορούν να «εκπαιδεύσουν» τον αλγόριθμο με χρήση μόνο της σκέψης - ένα βήμα ζωτικής σημασίας προκειμένου ένα τέτοιο σύστημα να βοηθήσει κάποια ημέρα άτομα που δεν μπορούν να κινηθούν.
Για να το καταφέρουν έβαλαν έναν πίθηκο να κοιτά τα εικονικά του χέρια να κινούνται προς τους δύο κινούμενους στόχους (οι ερευνητές είχαν περιορίσει τα δικά του χέρια ώστε να μην μπορούν να κινηθούν). Καθώς ο πίθηκος παρακολουθούσε τις κινήσεις,οι νευρώνες στον κινητικό και τον σωματοαισθητικό φλοιό του άρχισαν να αντιδρούν με τρόπο παρόμοιο με εκείνον που θα αντιδρούσαν αν ο πίθηκος κινούσε τα πραγματικά του χέρια.
Χρειάστηκαν μόλις επτά λεπτά για τον αλγόριθμο ώστε να αναγνωρίσει τα μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας τα οποία συνδέονταν με την κίνηση των εικονικών χεριών. Στη συνέχεια οι ερευνητές επέτρεψαν στον αλγόριθμο να αναλάβει καθήκοντα και να κινεί τα εικονικά χέρια μόνο όταν ο πίθηκος σκεφτόταν να τα κινήσει.
Η έρευνα και το… μουντιάλ
Η ταυτόχρονη κίνηση δύο εικονικών χεριών είναι ένα ακόμα επίτευγμα στο πεδίο της ανάπτυξης διεπαφών μεταξύ βιολογικών όντων και μηχανών. Μεταξύ άλλων, η σχετική έρευνα, που σημειώνει μεγάλες προόδους τελευταία, αποσκοπεί στη δημιουργία νευροπροσθετικών συσκευών ή ολόκληρων εξωσκελετών, ελεγχόμενων από τον εγκέφαλο, για παράλυτους ασθενείς.
Ο Νικολέλις θα αξιοποιήσει τα νέα ευρήματα στο διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα «Walk Again» (Περπατήστε Ξανά), που στοχεύει στην ανάπτυξη μιας νευροπροσθετικής συσκευής ελεγχόμενης πλήρως από τον εγκέφαλο των παράλυτων ανθρώπων. Η συσκευή στην ουσία θα είναι ένας εξωσκελετός, ο οποίος σχεδιάζεται να παρουσιαστεί για πρώτη φορά στη Βραζιλία, την πατρίδα του Νικολέλις, κατά την τελετή έναρξης του Παγκοσμίου Κυπέλλου Ποδοσφαίρου του 2014.
Το επίτευγμα ανήκει σε ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Νευροβιολογίας Μιγκέλ Νικολέλις της Ιατρικής Σχολής του πανεπιστημίου Ντιουκ των ΗΠΑ, που είναι εκ των πρωτοπόρων του συγκεκριμένου ερευνητικού τομέα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εξειδικευμένο λογισμικό και δημιούργησαν ένα ψηφιακό alter ego των πειραματόζωων στην οθόνη, ένα άβαταρ όπως είναι η πιο κοινή ονομασία αυτών των ψηφιακών αντιγράφων μας.
Κατέγραψαν μέσω της εμφύτευσης ηλεκτροδίων στον εγκέφαλο την ηλεκτρική δραστηριότητα περίπου 500 νευρώνων στον σωματοαισθητικό φλοιό καθώς και στον κινητικό φλοιό - πρόκειται για τις περιοχές που είναι υπεύθυνες για την αίσθηση της θέσης του σώματος, την αφή και την κίνηση. «Πιστεύουμε ότι πρόκειται για τον μεγαλύτερο αριθμό νευρώνων των οποίων καταγράφεται ταυτοχρόνως η δραστηριότητα σε πρωτεύον θηλαστικό εκτός του ανθρώπου» σημείωσε ο δρ Νικολέλις.
Ενώ κατέγραφαν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου των πιθήκων, οι επιστήμονες τους «εκπαίδευσαν» ώστε να κινούν τα χέρια του «άβατάρ» ακολουθώντας δύο κινούμενους στόχους σε μια οθόνη. Αρχικώς δίδαξαν τους πιθήκους πώς να κινούν τα εικονικά χέρια του άβαταρ με χρήση δύο τζόιστικ. Ενόσω συνέβαινε αυτό ένας ειδικός αλγόριθμος που έτρεχε σε υπολογιστή μάθαινε ποια εγκεφαλική δραστηριότητα ταίριαζε με ποιες κινήσεις.
Οταν αυτό επετεύχθη τα τζόιστικ αποσυνδέθηκαν και ο αλγόριθμος... ανέλαβε δράση. Μόλις το πρόγραμμα ανίχνευε ένα μοτίβο στον εγκέφαλο το οποίο μαρτυρούσε τάση για κίνηση, τότε κινούσε τα εικονικά χέρια προς την κατεύθυνση που υποδείκνυε το εγκεφαλικό σήμα. Οι πίθηκοι λάμβαναν ανταμοιβή κάθε φορά που τα χέρια έβρισκαν τον στόχο, έτσι γρήγορα έμαθαν να τα κινούν μόνο με τη σκέψη.
Οι ερευνητές πήγαν όμως και ένα βήμα πιο πέρα. Θέλησαν να δουν αν μπορούν να «εκπαιδεύσουν» τον αλγόριθμο με χρήση μόνο της σκέψης - ένα βήμα ζωτικής σημασίας προκειμένου ένα τέτοιο σύστημα να βοηθήσει κάποια ημέρα άτομα που δεν μπορούν να κινηθούν.
Για να το καταφέρουν έβαλαν έναν πίθηκο να κοιτά τα εικονικά του χέρια να κινούνται προς τους δύο κινούμενους στόχους (οι ερευνητές είχαν περιορίσει τα δικά του χέρια ώστε να μην μπορούν να κινηθούν). Καθώς ο πίθηκος παρακολουθούσε τις κινήσεις,οι νευρώνες στον κινητικό και τον σωματοαισθητικό φλοιό του άρχισαν να αντιδρούν με τρόπο παρόμοιο με εκείνον που θα αντιδρούσαν αν ο πίθηκος κινούσε τα πραγματικά του χέρια.
Χρειάστηκαν μόλις επτά λεπτά για τον αλγόριθμο ώστε να αναγνωρίσει τα μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας τα οποία συνδέονταν με την κίνηση των εικονικών χεριών. Στη συνέχεια οι ερευνητές επέτρεψαν στον αλγόριθμο να αναλάβει καθήκοντα και να κινεί τα εικονικά χέρια μόνο όταν ο πίθηκος σκεφτόταν να τα κινήσει.
Η έρευνα και το… μουντιάλ
Η ταυτόχρονη κίνηση δύο εικονικών χεριών είναι ένα ακόμα επίτευγμα στο πεδίο της ανάπτυξης διεπαφών μεταξύ βιολογικών όντων και μηχανών. Μεταξύ άλλων, η σχετική έρευνα, που σημειώνει μεγάλες προόδους τελευταία, αποσκοπεί στη δημιουργία νευροπροσθετικών συσκευών ή ολόκληρων εξωσκελετών, ελεγχόμενων από τον εγκέφαλο, για παράλυτους ασθενείς.
Ο Νικολέλις θα αξιοποιήσει τα νέα ευρήματα στο διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα «Walk Again» (Περπατήστε Ξανά), που στοχεύει στην ανάπτυξη μιας νευροπροσθετικής συσκευής ελεγχόμενης πλήρως από τον εγκέφαλο των παράλυτων ανθρώπων. Η συσκευή στην ουσία θα είναι ένας εξωσκελετός, ο οποίος σχεδιάζεται να παρουσιαστεί για πρώτη φορά στη Βραζιλία, την πατρίδα του Νικολέλις, κατά την τελετή έναρξης του Παγκοσμίου Κυπέλλου Ποδοσφαίρου του 2014.
