В новом выпуске "Дайджеста" новостей аватар-технологий от Общественного движения "Россия 2045" речь пойдет об исследовании, которое позволило парализованному человеку самостоятельно ходить с помощью нейроинтерфейса, но без экзоскелета; об эксперименте, в рамках которого ученые смогли установить связь между мозгами двух людей, что позволило одному из участников эксперимента понять, что думает другой; а также о технологии регенерации человеческих нервов с участием 3D-принтера; о методике восстановления сердечной ткани после сердечного приступа с помощью заплатки из белка FSTL1; о роботе по имени Spot и о системе из роя дронов, построивших мост без помощи человека.
1. Нейроинтерфейс без экзоскелета
Исследователи из Университета Калифорнии в Ирвине вернули способность самостоятельно двигаться парализованному человеку благодаря сложной системе, состоящей из интерфейса (мозг – компьютер), аппарата нейромышечной стимуляции и специального подвеса. На первом этапе эксперимента с помощью электроэнцефалограммы ученые выявили индивидуальные паттерны активности мозга парализованного пациента, связанные с ходьбой и покоем.
На втором этапе пациента обучили "силой мысли" управлять движениями виртуального персонажа на экране компьютера: делать шаги, останавливаться, менять направление движения. Затем парализованный испытуемый приступил к физическим тренировкам, чтобы активизировать бедренные нервы и мышцы ног, укрепить их и подготовить к ходьбе. На последней стадии эксперимента парализованный, наконец, смог самостоятельно делать шаги.
Находясь в специальном подвесе, предохраняющем от падения, пациент представлял, что делает шаг. Нейроинтерфейс считывал электроэнцефалографический паттерн и передавал информацию в расположенный на поясе компьютер, который в свою очередь давал команду электродам, прикрепленным к правому или левому бедру электродам, активируя бедренные нервы и давая команду мышцам сократиться. Таким образом, больной делал шаг правой или левой ногой. Для достижения существенных результатов понадобилось 19 недель.
В настоящее время разработчики планируют имплантировать электроды, считывающие сигналы мозга, в его поверхность, что сделает систему более точной и позволит парализованным пациентам снова чувствовать свои ноги.
2. Чтение мыслей
Ученые из Вашингтонского университета смогли установить связь между мозгами двух человек, которая позволила одному из испытуемых понять, что думает другой. По утверждению авторов исследования, это самый сложный эксперимент по соединению человеческих мозгов, который когда-либо был проведен.
Участники эксперимента находились в разных помещениях на расстоянии 1,5 километра друг от друга. Одному участнику (отвечающему) показывали изображения объектов, из которых он должен был загадать один. Его напарник (спрашивающий) задавал первому участнику вопросы о выбранном объекте, посылая их по интернету. Человек давал ответ, глядя на один из мигающих светодиодов, прикрепленных к монитору. Ответы фиксировались электроэнцефалографом с помощью шапки с электродами и посылались обратно через интернет спрашивающему. Спрашивающий получал ответы своего напарника прямо в мозг – при помощи транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), а также через магнитную катушку, которая была установлена над его головой. Магнитная стимуляция активировала зрительную зону коры головного мозга. При ответе "да" спрашивавший видел фосфены – точки и фигуры, возникающие при отсутствии света. При ответе "нет" не видел ничего и продолжал строить предположения. Всего спрашивающий участник мог задать не более трех вопросов.
Было проведено 20 раундов этой игры – десять реальных игр и десять контрольных игр. В последнем случае между магнитной катушкой и спрашивающим был установлен пластиковый экран, блокирующий сигналы. Во время реальных игр спрашивающий предсказывал правильный ответ в 72%, а во время контрольных – только в 18%, что, скорее всего, можно отнести к счастливым догадкам.
3. Нервы с участием 3D-принтера
Группа американских ученых из пяти университетов создала каркас для нервов при помощи 3D-печати. Конструкция позволяет восстановить сенсорные и моторные функции после травмы. Авторы исследования полагают, что технологию можно будет в скором времени применить и для регенерации человеческих нервов.
Для эксперимента исследователи при помощи 3D-сканера создали модель седалищного нерва крысы, на ее основании спроектировали трубчатый каркас и распечатали из силикона. При этом специальная конструкция принтера в процессе печати позволила имплантировать внутрь каркаса биохимические метки, способствующие регенерации нерва. Каркас вживили крысе, которой предварительно перерезали нерв.
По словам исследователей, на сканирование и печать каркаса уходит несколько часов, после этого необходимо несколько недель для успешной регенерации нерва. У подопытной крысы восстановление сенсорных и моторных функций заняло 10-12 недель.
4. Заплатка из белка FSTL1
Исследователи из Калифорнийского университета разработали методику восстановления сердечной ткани после сердечного приступа, сделав в месте повреждения органа некоторое подобие заплатки, которая содержит белок FSTL1, восстанавливающий отмершие ткани.
Особенность восстанавливать клетки сердечной мышцы с помощью белка FSTL1 была замечена у некоторых видов рыб. Ученые разработали особую заплатку из фибриллярного коллагена и белка FSTL1 и провели исследование на сердцах мышей и свиней. Заплатка наносилась, после чего начинается активное восстановление тканей органа. В течение 2-4 недель после нанесения заплатки на поврежденные сердца животных, существенно повысилась регенерация и рост новых клеток сердечной мышцы. Это улучшило общее функционирование сердца после перенесенного инфаркта и, как следствие, увеличило конечную выживаемость особей.
Ученые воодушевлены своим открытием, и надеются, что подобная методика спасет жизни миллионам людей, страдающих от болезней сердца. Большим плюсом метода является то, что заплатки не содержат чужеродных клеток, а, следовательно, не требуется применение иммуносупрессоров. Клинические испытания на людях запланированы на 2017 год.
5. Что может робот Spot
Робот Spot, разработанный совместно специалистами из Google и Boston Dynamics, успешно прошел общий курс военной подготовки совместно с американскими морскими пехотинцами на военной базе в городе Куантико, штат Вирджиния. Робот Spot карабкался по каменистым холмам, продирался через лесную чащу и ориентировался в условиях городских улиц. И примерил на себя роль разведчика, изучая обстановку до того, как в здание войдут солдаты.
Одним из ключевых преимуществ робота Spot является возможность управлять им дистанционно без каких-либо проводов. Управление осуществляется с помощью обычного игрового контроллера от приставки Xbox, подключенного к ноутбуку. При этом оператор может находиться от робота на расстоянии 150 метров. В робота также встроена функция автопилота, благодаря чему оператору не обязательно руководить каждым его шагом. Spot самостоятельно придерживается заданной траектории и преодолевает препятствия.
6. Дроны-строители
Группа инженеров из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) создала автономную роботизированную систему из роя летающих дронов. Недавно беспилотники без всякого вмешательства со стороны человека свили из нескольких верёвок висячий мост, выдерживающий вес взрослого человека.
В ходе эксперимента беспилотники двигались автономно между двумя каркасами, раскручивая с катушек легкий, но прочный канат. В итоге рой автономных дронов построил сложную конструкцию моста длиной 7,4 метра. До того как беспилотники приступили к строительству, ученые измерили местоположение строительных лесов и смоделировали алгоритмы на компьютере. Это позволило в ходе самих работ корректировать траекторию полета дронов прямо на лету.