Dodavanje treće ruke ili noge ljudima otvara neslućene mogućnosti

Neiskorištena širina pojasa u neuronima mogla bi se upotrijebiti za kontrolu dodatnih udova

Mladen Smrekar srijeda, 1. veljače 2023. u 13:27
Na Imperial Collegeu u Londonu postavljen je MUVE, sustav za testiranje novih tehnologija s dodatnim robotskim udovima
Na Imperial Collegeu u Londonu postavljen je MUVE, sustav za testiranje novih tehnologija s dodatnim robotskim udovima

Što bi sve ljudi mogli učiniti s dodatnim udom? Istraživači Imperial Collegea u Londonu i Sveučilišta u Freiburgu s partnerima u europskom projektu NIMA (Non-invasive Interface for Movement Augmentation) vjeruju da bi dodatni robotski udovi koje bi ljudi koristili kao alat mogli biti novi oblik ljudskog proširenja kojim će se poboljšati postojeće ljudske sposobnosti, proširujući ih tako da im tijela rade stvari koje prirodno ne bi mogla. 

Neuronski signali

Kad bi ljudi mogli lako dodati i kontrolirati treću ruku ili nogu, ili još nekoliko prstiju, omogućile bi se neke sasvim nove, teško zamislive sposobnosti. No, to otvara i neka pitanja koja se dotiču neuroznanosti i neurotehnologije: je li ljudski mozak sposoban kontrolirati dodatne dijelove tijela jednako učinkovito kao što kontrolira biološke dijelove? A ako je tako, koji se neuronski signali mogu koristiti za ovu kontrolu?

Osoba rođena sa šest prstiju može imati potpuno razvijene dijelove mozga posvećene kontroli dodatnog prsta
Osoba rođena sa šest prstiju može imati potpuno razvijene dijelove mozga posvećene kontroli dodatnog prsta

Ljudi već desetljećima razvijaju robotske udove, a zahvaljujući tehnološkom napretku neke već i koriste kako bi poboljšali svoje sposobnosti. Tim udovima uglavnom se upravlja joystickom ili drugim ručnim kontrolama, od proizvodnih linija do operacijskih dvorana.

Umom kontrolirana proteza

Samo, dok kirurški robot može imati četiri ruke s različitim alatima, ruke kirurga istovremeno mogu kontrolirati samo dvije od njih. Robotske udove pokretane joystickom ili preostalim mišićima koriste i ljudi s amputacijama ili paralizom. Ali umom kontrolirana proteza još uvijek je rijetkost.

Kako bi ljudi ubuduće mogli kontrolirati dodatne robotske udove, europski istraživači pozabavili su se signalima iz spinalnih motoričkih neurona koji, pokazala su testiranja, imaju dodatnu propusnost. Niskofrekventni dio signala ispod sedam herca pretvara se u mišićnu silu, no čini se da dijelovi signala na višim frekvencijama, poput onih u beta pojasu od 13 do 30 Hz, ostaju neiskorišteni.

Rezervne frekvencije

Ne zna se zašto spinalni neuroni šalju te signale više frekvencije, ali je činjenica da su ljudi razvili živčani sustav u kojem signal koji dolazi iz leđne moždine ima puno više informacija nego što je potrebno za upravljanje mišićima. Istraživači su se odlučili pozabaviti tim rezervnim frekvencijama i pokušati ih ukrotiti kako bi pomoću njih kontrolirali robotske udove.

Mary Nelson, 11-godišnja djevojčica prikovana za kolica, koristi robotsku kako bi gladila konja
Mary Nelson, 11-godišnja djevojčica prikovana za kolica, koristi robotsku kako bi gladila konja

Eksperiment je pokazao ljudi relativno lako odvajaju neuralni kontrolni kanal od prirodnih motoričkih zadataka, ali i da ta kontrola zasad nije dovoljno precizna za praktičnu upotrebu. Sljedeći korak bit će vidjeti mogu li se dobiti točniji signali i mogu li ih ljudi koristiti za upravljanje robotskim udovima dok istovremeno izvode i neovisne prirodne pokrete.

Londonski eksperimenti

Na Imperial Collegeu u Londonu postavljen je i sustav za testiranje novih tehnologija s dodatnim robotskim udovima, nazvan MUlti-limb Virtual Environment ili skraćeno MUVE. On će korisnicima omogućiti rad s čak četiri lagane nosive robotske ruke u scenarijima simuliranim virtualnom stvarnošću. 

Stripovski i filmski antijunak Dr. Octopus  poslužio je kao inspiracija znanstvenicima za ugradnju dodatnih udova na ljudsko tijelo
Stripovski i filmski antijunak Dr. Octopus poslužio je kao inspiracija znanstvenicima za ugradnju dodatnih udova na ljudsko tijelo

Povezivanje upravljačke tehnologije s robotskom rukom ili drugim vanjskim uređajem prirodni je sljedeći korak. Pravi izazov, međutim, neće biti pričvršćivanje hardvera, već identificiranje višestrukih izvora kontrole, dovoljno preciznih za izvođenje složenih radnji s robotskim dijelovima tijela.

Utjecaj tehnologije

Istraživače zanima i kako će tehnologija utjecati na neuralne procese ljudi koji je koriste. Omogućuje li prirodna plastičnost mozga prilagodbu i stjecanje intuitivnije kontrole? Osoba rođena sa šest prstiju može imati potpuno razvijene dijelove mozga posvećene kontroli dodatnih prstiju, no može li i korisnik sustava za kontrolu trećeg uda s vremenom razviti sličnu razinu spretnosti? I koliko će kognitivnog opterećenja biti uključeno u kontrolu dodatnog uda?

Mogućnosti MUlti-limb Virtual Environment sustava
Mogućnosti MUlti-limb Virtual Environment sustava

Ako bi ljudi dodatni, robotski ud mogli usmjeravati samo kada se pažljivo fokusiraju na njega u laboratorijskim uvjetima, ova tehnologija možda i neće biti korisna. Međutim, kažu istraživači, kad bi korisnik mogao ležerno upravljati dodatnom rukom dok obavlja svakodnevne zadatke poput spravljanja sendviča, to bi značilo da je tehnologija prikladna za rutinsku upotrebu.