Rozhraní mozkového počítače umožňuje ochromeným uživatelům přizpůsobit svůj pocit dotyku

Vědci z lékařské fakulty University of Pittsburgh jsou o krok blíže k vývoji rozhraní mozkového počítače nebo BCI, které umožňuje lidem s tetraplegií obnovit ztracený smysl pro dotek.

Při zkoumání digitálně reprezentovaného objektu prostřednictvím svého uměle vytvořeného pocitu dotyku popsali uživatelé teplou kožešinu pučivé kočky, hladkou tuhým povrchem dveřního klíče a chladnou kulatou jablko. Tento výzkum, spolupráce mezi Pittem a University of Chicago, je publikován v Přírodní komunikace.

Na rozdíl od dřívějších experimentů, kde umělý dotek se často cítil jako nezřetelný bzučení nebo brnění a neměl se lišil od objektu k objektu, vědci dali uživatelům BCI kontrolu nad detaily elektrické stimulace, které vytvářejí taktilní pocity, než aby tato rozhodnutí dělala sama. Tato klíčová inovace umožnila účastníkům znovu vytvořit pocit dotyku, který se pro ně cítil intuitivně.

„Touch je důležitou součástí neverbální sociální komunikace; je to pocit, který je osobní a má hodně smyslu,“ řekl hlavní autor Ceci Verbaarschot, Ph.D., docent neurologické chirurgie a Biomedicínské inženýrství na University of Texas-Southwestern a bývalý postdoktorand v Pitt Rehab Neural Engineering Labs.

„Navrhování jejich vlastních pocitů umožňuje uživatelům BCI, aby se interakce s objekty cítili realističtější a smysluplnější, což nás přibližuje k vytvoření neuroprostetiky, která se cítí příjemně a intuitivně k použití.“

A Rozhraní mozkového počítače je systém, který převádí aktivita mozku do signálů, které by mohly nahradit, obnovit nebo zlepšit funkce těla, které jsou obvykle ovládány mozkem, jako je pohyb svalů. BCI lze také použít k opravě poškozené zpětné vazby z těla a obnovení ztracených pocitů přímo stimulací mozku.

Během poslední desetiletí výzkumu vědci Pitt pomohl ochrnutý muž, který zažil pocit dotyku přes robotickou ruku ovládanou myslí a ukázalo že tento umělý pocit dotyku se pohyboval robotická paže účinnější.

Přesto byly tyto hmatové pocity nedokonalé a zůstaly podobné mezi objekty, které měly jinou strukturu nebo teplotu: třepání něčí ruky se cítilo stejně jako zvedání pevné, tvrdé skály.

Nyní jsou vědci blíže svému cíli vytvořit intuitivní pocit dotyku.

V nové studii byli uživatelé BCI schopni navrhnout odlišné taktilní zážitky pro různé objekty zobrazené na obrazovce počítače a mohli uhodnout objekt jen pouze pocitem samotným, i když nedokonalým.

Hledání dokonalého doteku se podobalo hře „horkého a studeného“ v temné místnosti nekonečného hmatové pocity. Vědci se zeptali účastníků studie, z nichž všichni ztratili pocit ve svých rukou kvůli poranění míchy, aby našli kombinaci stimulačních parametrů, které se cítily jako mazlení kočky nebo se dotýkaly jablku, klíče, ručníku nebo toastů – a zároveň prozkoumaly objekt, který jim představil digitálně.

Všichni tři účastníci studie popsali objekty v bohatých a živých termínech, které dávaly logický smysl, ale byli také jedinečný a subjektivní: pro jednoho účastníka se kočka cítila vřelá a „tappy;“ k jinému – ústřední a hedvábné.

Když byl obraz pořízen a účastníci se museli spoléhat pouze na stimulaci, byli schopni správně identifikovat jeden z pěti objektů 35% času: lepší než náhoda, ale zdaleka dokonalá.

„Tuto studii jsme navrhli tak, aby stříleli na měsíc a udělali z ní na oběžné dráze,“ řekl vedoucí autor studie Robert Gaunt, Ph.D., docent fyzikální medicíny a rehabilitaci v Pittu.

„Účastníci měli opravdu těžký úkol rozlišovat mezi objekty pouze taktilním pocitem a byli v tom docela úspěšní. I když udělali chyby, tyto chyby byly předvídatelné: je těžší rozeznat kočku a ručník, protože oba jsou měkké, ale bylo méně pravděpodobné, že by kočku zaměnily na klíč.“

Studie představuje důležitý krok k vyvolání přesného pocitu doteku na ochrnuté ruce člověka a vytvoření umělé končetiny, která se hladce integruje do jedinečného smyslového světa člověka.