Как обезьяна научилась двигать рукой без рук: сенсационный эксперимент китайских ученых

Исследовательская группа под руководством ученых из Нанькайского университета объявила об успешном завершении первого в мире эксперимента по созданию интервенционного нейрокомпьютерного интерфейса (НКИ) на нечеловекообразных приматах.


Это новый вид НКИ, который не требует хирургического вмешательства или накладывания электродов на поверхность головы. Вместо этого он использует специальные микрочипы, которые вводятся в кровеносные сосуды мозга через катетер и подключаются к беспроводному приемопередатчику.

Подключив НКИ к мозгу обезьяны, ученые успешно идентифицировали и собрали сигналы электроэнцефалографии (ЭЭГ), которые позволили получить контроль над механической рукой. Обезьяна могла двигать протезом с помощью мыслей, не используя собственные конечности. Это демонстрирует возможность передачи информации от мозга к компьютеру и обратно без прямого контакта.


— руководитель исследовательской группы, профессор Нанькайского университета Дуань Фэн.

Фэн объяснил, что интервенционный НКИ имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными инвазивным и неинвазивным НКИ. Во-первых, он обеспечивает более высокую точность и стабильность идентификации сигналов ЭЭГ, так как микрочипы находятся ближе к нейронам. Во-вторых, он минимизирует риск инфекции или повреждения тканей мозга, так как не требует открытия черепа или прокалывания кожи. В-третьих, он удобнее для использования и переноски, так как не имеет проводов или батарей.


— Дуань Фэн.

Исследование было опубликовано в журнале «Nature Neuroscience» под названием «Interventional brain-computer interface in non-human primates». В нем ученые подробно описали процесс разработки и тестирования интервенционного НКИ, а также результаты эксперимента с обезьяной. Они также сравнили свою технологию с другими видами НКИ, которые были использованы ранее в исследованиях на животных и людях.

НКИ — это система, которая позволяет обменом информацией между мозгом и компьютером или другим устройством. НКИ может быть использован для различных целей, таких как восстановление функций моторики или чувств, улучшение когнитивных способностей, развлечение или обучение. НКИ также может быть полезен для изучения работы мозга и его пластичности.

Существует три основных типа НКИ: инвазивный, неинвазивный и интервенционный. Инвазивный НКИ требует имплантации электродов в мозг через хирургическое вмешательство. Это обеспечивает высокую разрешающую способность и чувствительность сигналов ЭЭГ, но также несет риск инфекции, отторжения или повреждения тканей мозга. Неинвазивный НКИ использует электроды, которые накладываются на поверхность головы. Это безопаснее и удобнее для пользователя, но также имеет низкую точность и стабильность сигналов ЭЭГ из-за помех от кожи, волос или окружающей среды. Интервенционный НКИ является новым видом НКИ, который пытается объединить преимущества инвазивного и неинвазивного НКИ.


— Дуань Фэн.



Обезьяны изначально были обучены двигать механическую руку с помощью джойстика, а затем уже с помощью мыслей. Ученые сравнивали скорость и точность движений руки в обоих случаях и обнаружили, что интервенционный НКИ позволял достичь почти такого же уровня управления, как и джойстик. Они также измеряли активность мозга обезьян с помощью магнитно-резонансной томографии и обнаружили, что интервенционный НКИ не вызывал значительных изменений в структуре или функции мозга.


— Дуань Фэн.

Справедливости ради стоит отметить, что китайское исследование не уникально. В журнале “Nature Communications” 12 ноября 2022 года ученые из США описали свой эксперимент по созданию нейрокомпьютерного интерфейса для обезьян, который позволял им управлять механической рукой с помощью своих мыслей. Они использовали специальный алгоритм, основанный на нейронной сети, для декодирования сигналов электроэнцефалографии (ЭЭГ) от мозга обезьян. Исследования показали, что метод обеспечивал более высокую скорость и точность движений руки, чем традиционные методы.

Безусловно этот эксперимент имеет сходство с работой китайских ученых, так как оба используют нейрокомпьютерный интерфейс для управления механической рукой с помощью мыслей обезьян. Однако они отличаются по типу нейрокомпьютерного интерфейса: китайские ученые использовали интервенционный НКИ, а американцы использовали инвазивный НКИ, который требует имплантации электродов в мозг через хирургическое вмешательство. Также они отличаются по алгоритму декодирования сигналов ЭЭГ: китайские ученые не указывают, какой алгоритм они использовали, а американские ученые использовали нейронную сеть.