Люди научились видеть языком

0

Мозг – живой инструмент, способный гибко перестраивать свою работу.

Известно, что потеряв, к примеру, речь, из-за травмы головы, человек имеет шанс вернуть её снова в неком объёме, хотя за неё будет отвечать уже иной участок мозга, словно обучившийся заново. Есть и другие примеры гибкости нашей нейронной сети. Возникшая на фоне этого идея одного американского учёного спустя сорок с лишним лет помогает вернуться к полноценной жизни людям, лишившимся света дня.

"Языковой дисплей"

Гибкость нейронной сети человека, однажды восхитившая доктора Пола Бачирита из университета Висконсина в Мэдисоне, постепенно стала главной темой его жизни. Бачирита не просто изучал этот вопрос, но и задался, на первый взгляд, фантастической целью: как можно на практике транслировать в кору мозга внешний видеосигнал, чтобы ослепший человек вновь начал видеть?

Невролог поразил учёный мир тем, что вышел за пределы эскизов и графиков и воплотил свои размышления в виде экспериментального "машинно-мозгового интерфейса", ключевым элементом которого был "языковой дисплей" (Tongue Display Unit — TDU), прототип нынешнего устройства. TDU обладал уже несколькими десятками электродов, которые создавали слабое покалывание на языке сообразно яркости пикселей на картинке, снимаемой видеокамерой.

Почему именно язык? Поначалу Пол начал подобные эксперименты с "трансляцией" картинки на кожу. Но постепенно, пробуя снова и снова, пришёл к выводу, что лучше языка в качестве чувствительного элемента не найти.

Эрик Вайенмайер потерял зрение, когда ему было 13 лет, но диагноз "слепота" не помешал ему стать первым незрячим, покорившим 25 мая 2001 года Эверест. А в 2004 году для Эрика впервые за 22 года "забрезжил свет" (увы, только фигурально). Он согласился опробовать TDU и, что удивительно, свыкся с машинкой буквально за десятки минут. Как объяснял подопечный ученого Пола Бачириты, лишь сначала приходилось соображать, что означает то или иное сочетание покалываний на языке, однако вскоре мозг уже автоматом преобразовывал сигналы устройства в некую картинку (благо когда-то Эрик видел и помнил, что это такое). Фактически иные участки коры, не связанные изначально со зрением, начали работать как "видеокарта" компьютера — преобразовывая для сознания Вайенмайера "показ" на языке в визуальные образы, пусть с небольшим разрешением и без цвета.

Уже через час общения с прибором Эрик смог пройти через дверной проём, чуть позже и вовсе поразил присутствующих таким сложным действием, как перехват мячика, катящегося по полу.

Но, как оказалось, принцип гибкой перестройки мозга работает не только со зрением. Эта удивительная история приключилась с Шерил Шильц. Однажды утром она проснулась и, встав на ноги, увидела: комната кружится вокруг, и предметы отчаянно атакуют её со всех сторон. Это не было опьянением. Обследование показало, что Шерил полностью потеряла вестибулярную функцию, мозг отказывался нормально "просчитывать" ориентацию в пространстве.  "Расследование" медиков установило, что виной тому — длительный курс антибиотика gentamicin, который она принимала недавно, когда лечилась от какой-то серьёзной инфекции.

Это случилось в 1997 году. Очень редкое заболевание, а точнее — биохимическая травма, превратила жизнь девушки в кошмар, который закончился после того, как Шерил испытала TDU.

Чтобы хоть как-то ходить, Шерил приходилось прибегать к помощи друзей, а иногда она делала это и сама — на короткие расстояния, вовсю напрягая сознание, не инстинктивно и автоматически, как мы, а мысленно, соображая, как она стоит, ориентируясь на положение горизонта. Сигналы же "жидкостного уровня", встроенного в нас, мозг Шерил не воспринимал.

Бачирита решил, что трансляция картинки с головной камеры на язык Шерил (притом, что она нормально видит) может помочь ей в сохранении равновесия. Так и вышло — качающийся языковой пейзаж постепенно заменил в голове Шерил утерянный вестибулярный контроль, при этом, очевидно, были задействованы иные участки коры.

Через некоторое время Шильц смогла в одиночку пройтись по городу в час пик, ни с кем не столкнувшись и не упав. Она совершала покупки в магазине, примеряя платья, и была в восторге — словно вернулась в прошлое, когда была здорова.

BrainPort

История TDU продолжилась следующим образом: университет Висконсина в Мэдисоне объявил о выходе в свет нового устройства, развивающего идеи "языкового дисплея", – оно получило название BrainPort. Приуроченный к релизу видеосюжет показывает, как прибор позволяет BrainPort Эрику вести самую нормальную жизнь, включая альпинистские упражнения и игру в "камень-ножницы-бумага" с дочкой.

BrainPort работает по такому алгоритму: видеосигнал поступает от камеры в процессор, который управляет зумом, яркостью и другими параметрами картинки. Он также преобразует цифровые сигналы в электрические импульсы, фактически принимая на себя функции сетчатки.

Затем данные направляются на поверхность языка, к "леденцу" — массиву электродов площадью 9 кв. см, каждый из которых соответствует сразу нескольким пикселям в камере. Число электродов в нынешних прототипах составляет от 100 до 600 с небольшим штук. Интенсивность же света напрямую влияет на силу тока и длительность электрических сигналов, которые ощущает язык. Усеивающие язык нервные окончания воспринимают эти импульсы, по описанию добровольцев, подобно пузырькам шампанского. Как дело обстоит дальше – в визуальную или соматосенсорную область коры поступают данные – остаётся пока неясным.

Также электродная решётка обеспечивает пространственную ориентацию, то есть вспышка в центре зрительного поля отобразится в виде импульса в середине решётки.

Как уверяют разработчики, нужно "лишь научиться использовать" это устройство, подобно тому, как впервые учатся ездить на велосипеде. BrainPort пока ещё недоступен для широкой продажи и распространяется только в рамках некоторых гуманитарных программ, но при желании через сайт vision.wicab.com можно связаться с Wicab и убедить их в своём намерении посодействовать испытаниям прибора. Там же есть информация и о другом ноу-хау компании – BrainPort Balance, предназначенном для пациентов с хроническим нарушением равновесия.

Так современная техника помогает нам оценить чудесную способность мозга к "самопочинке". Поступающие извне сигналы обрабатываются в различных отделах коры в зависимости от типа сенсорной системы-передатчика. Это запечатлено и в названиях зон неокортекса: зрительная кора, слуховая кора и так далее.

При повреждении глаз информация перестает поступать в соответствующие центры, и человек лишается зрения, несмотря на работоспособность ответственного за это отдела коры. Но если зрительные сигналы приходят посредством другой сенсорной системы – то, как нам демонстрирует BrainPort, слепые прозревают (кстати, недавно было установлено, что слепые активно задействуют визуальную кору для слуха).

Пусть разрешение монохромного поля зрения, обеспечиваемого новым устройством, и ограничено числом электродов, в любом случае приговорённые к слепоте люди видят не пятна, а предметы – и снова могут совершить привычные действия: налить кофе, нажать кнопку лифта, прочесть надпись на стене.

Язык в качестве "протеза глаз" поначалу кажется экзотическим выбором, но это не каприз исследователей. Слюна отлично проводит электрические импульсы, а нервные волокна в языке расположены очень близко к поверхности. Можно сказать, язык практически идеален для зрения — после глаз.
Источник – membrana.ru

Поделиться.

Комментарии закрыты