Istraživači iz Laboratorija za primijenjenu fiziku (APL) i Medicinskog fakulteta (SoM) Sveučilišta Johns Hopkins su prije dva dana demonstrirali u svijetu prvu uspješnu simultanu kontrolu nad dvama sofisticiranim elektronskim protezama ruku korištenjem dvosmjerne komunikacije između ljudskog mozga i stroja. Narodski rečeno, paralizirana osoba je uspješno kontrolirala i koreografirala pokrete dvaju robotskih ruku koristeći 'snagu misli' i elektronske informacije dobivene iz senzora ugrađenih u robotskim udovima.

Ovo je najnovije dostignuće programa nazvanog Revolutionising Prosthetics (RP), kojega je 2006. godine pokrenula DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), agencija Ministarstva obrane za razvoj novih tehnologija za vojsku SAD, s ciljem usavršavanja protetskih tehnologija gornjih ekstremiteta.

Biomedicinski inženjer i voditelj istraživanja u APL-u, dr. Brock Wester, je prigodom objave rezultata izjavio: „Primarnu ideju daljinske kontrole korištenja protetskih biomehaničkih ruku za vojne potrebe (kao što su razminiravanje i rad s opasnim materijalima) preusmjerili smo u pokušaj da osobama s paralizom (kvadriplegijom) omogućimo korištenje neuronskog sučelja za sinkronizirano kontroliranje dvije protetske ruke odjednom, a da pritom istovremeno osjete dodir kada te ruke uspostave kontakt s predmetima u okruženju".

Mozak i udovi - ži(v)čana povezanost

Kvadriplegična osoba ne osjeća i ne može pokretati svoje udove, što je posljedica oštećenja leđne moždine koja je - računalnim rječnikom rečeno - ožičenje, snop živčanih vlakana koja spajaju mozak ("centralni procesor") s izvršnim organima tijela ("perifernim sklopovljem" za input i output). No kod ozljede leđne moždine nisu oštećeni ni CPU ni periferija: mozak je funkcionalan, a ruke i noge su anatomski cjelovite. Međutim, zbog prekida dvosmjernog prijenosa, veza među njima više ne postoji: niti input s periferije šalje informacije u centralu, niti output kojega centrala generira ne uspijeva doći do periferije.

Izvorna vizija programa Revolutionising Prosthetics bila je stvaranje protetskih ruku s ​​ljudskim mogućnostima (dakle s osjetom i pokretima), što je rezultiralo dizajniranjem tzv. modularne protetske ruke, modular prosthetic limb, MPL, robotske ruke u koju su ugrađeni mikrosenzori što oponašaju osjetilne podražaje kakve senzorički živci kod zdravih ljudi registriraju i šalju ih u mozak. Tako su u umjetnu kožu navučenu na robotske prste i na pokretne dijelove protetske ruke ugradili senzore za silu, ubrzanje, proklizavanje i tlak, a impulsi koji su tim senzorima registrirani su u računalu koje kontrolira mehaniku proteze korišteni za izračune korekcije snage i brzine pokreta: nije svejedno hoće li snažni robotski prsti stiskati držak čekića ili olovku ili krhak predmet kao što je sirovo jaje.  

Nakon uspješne implementacije senzora na robotsku ruku i računalne obrade tih podataka, vrlo brzo je letvica postavljena na novu visinu: menadžer projekta dr. Francesco Tenore je istraživanje usmjerio prema zadatku da se senzorički impulsi umjesto u računalo šalju direktno u mozak korisnika protetske ruke, u moždane centre koji će te signale obraditi i preko njih prepoznati pokrete i funkciju biomehaničkih proteza kao da su njihove vlastite ruke.

Ugradnja elektroda u mozak - "naživo"

I to bi učinjeno: nakon što se Buz Chmielewski, kvadriplegičar oduzet od vrata naniže, dragovoljno prijavio za projekt, u siječnju ove godine je u prvoj vrsti takvog operativnog zahvata u svijetu, neurokirurški tim kojega je predvodio dr. Stan Anderson iz Johnsa Hopkinsa implantirao s obje strane pacijentovog mozga intrakortikalne mikroelektrodne senzore u moždane regije koje kontroliraju pokrete i osjet dodira. Ugrađeno je ukupno 96 mikroelektroda, po 48 na svaku moždanu polutku.

U operaciji su sudjelovali i inženjeri iz protetičkog tima, koji su tijekom zahvata uživo pratili što pacijent osjeća kada se u njegovom mozgu preko ugrađenih senzora stimuliraju područja za osjet ruku. Da, dobro ste pročitali, uživo: Chmielewski je tijekom zahvata bio budan i svjestan, surađujući s liječnicima i inženjerskim timom i opisujući svoje senzoričke osjete na stimulaciju dok su mu na otvoreni mozak postavljali mikroelektrode.

Rezultat zahvata je impresivan (pogledajte video): po prvi puta je postignuto da paralizirana osoba putem elektronskih senzora „osjeti“ stimulaciju moždanih regija na obje strane mozga istovremeno, pa potom na temelju tih „perifernih imputa“ procjenjuje poziciju, brzinu i snagu mehaničkih proteza, te ih odmah i pokreće na isti način kako ih i „osjeti“: vlastitim impulsima iz motoričkih regija mozga, dakle snagom svojim misli. I to ne jednu protetičku ruku, nego obje - posve sinkronizirano.

Hawking je umro prerano

Ovim uspješnim ugrađivanjem moždanih senzora osjeta i pokreta po prvi puta su u praksi uspješno primijenjene ključne komponente potrebne za razvijanje budućih tehnologija koje će usavršiti sučelja mozga i stroja (brain-machine interfaces).

A korist od tih - u osnovi vojnih - tehnologija imat će oboljeli od paralizirajućih ozljeda leđne moždine, moždanog udara, amiotrofične lateralne skleroze (Stephen Hawking bi se posebice radovao ovim uspjesima), što znači da praktički uživo svjedočimo ostvarivanju još jednoga od donedavnih sci-fi snova, stvaranju funkcionalnog spoja čovjeka i stroja: kiborga.

​ ^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar je na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Od posla se opušta antistresnim aktivnostima: od pisanja svojevremeno popularnih tekstova i ilustracija u tiskanom izdanju časopisa BUG, crtkanja grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, te fejsbučkog blogiranja o craft-pivima, životnim neistinama i medicinskim trivijama, sve do pasioniranog kuhanja posve probavljivih jela i sviranja slabo probavljivog bluesa.}