Исследователи из Имперского колледжа Лондона разработали интерфейс "мозг - компьютер", который даёт человеку возможность управлять дополнительными роботизированными руками, не прерывая естественных движений собственных рук. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

В основе системы - реакция мозга на вибрацию, так называемый Р300-ответ. Это всплеск электрической активности, который возникает примерно через 200-500 миллисекунд после того, как человек замечает редкий или важный сигнал среди множества других. В эксперименте участники носили на предплечьях четыре маленьких вибратора. Каждый вибратор соответствовал одной из четырёх команд и включался в случайном порядке на 200 миллисекунд с паузами. Чтобы выбрать команду, человек мысленно сосредотачивался на вибрации в нужной точке, игнорируя остальные. Специальная программа на основе машинного обучения (компьютерный алгоритм, который находит закономерности в данных) улавливала момент появления Р300-волны и сопоставляла его с тем, какой вибратор только что сработал.

В исследовании участвовали десять здоровых добровольцев-правшей в возрасте от 23 до 37 лет (шесть мужчин и четыре женщины), восемь из них ранее не имели опыта работы с нейроинтерфейсами. На голове каждого был надет шлем с 64 датчиками для записи электрической активности мозга (электроэнцефалография). Учёные проверяли, сможет ли такая система распознавать команды, когда обе руки заняты сложной задачей - удержанием подноса с шариком.

В первый день точность распознавания команд при одновременном выполнении задачи с подносом составила 53,1% против 68,1% в спокойном состоянии. На второй день разрыв сохранился (56,3% против 77,2%). Однако к третьему дню точность в условиях многозадачности выросла до 69,7%, а разница с результатом в покое (79,1%) перестала быть статистически значимой. Иными словами, после нескольких тренировок испытуемые научились справляться с интерфейсом почти так же хорошо, как без отвлекающей нагрузки.

Авторы связывают улучшение с тем, что со временем мозг начинает стабильнее реагировать на вибрацию: уменьшается разброс во времени между отдельными всплесками Р300. Это позволяет программе точнее выделять сигнал на фоне помех. При этом движение рук само по себе снижало амплитуду мозгового ответа - в среднем до 4,7 микровольта против 7,2 микровольта в покое на третий день. Учёные предполагают, что практика помогает людям лучше распределять внимание, частично компенсируя естественное приглушение сенсорных сигналов во время движения.

Важно, что работа с интерфейсом не ухудшала координацию рук: скорость и точность вращения шарика на подносе не снижались. В дополнительном демонстрационном тесте один из участников с помощью интерфейса управлял двумя настольными роботизированными руками, которые выполняли заранее заданные движения - например, одна рука поднимала чашку, а другая бросала в неё соломинку.

Однако у подхода есть ограничения. Чтобы надёжно распознать команду, системе требуется несколько циклов вибрации, поэтому реакция занимает секунды, а не доли секунды, как у живой руки. Роборуки выполняли запрограммированные действия, а не плавно управлялись пользователем. Кроме того, длительная вибрация может вызывать привыкание кожи и снижать ответ мозга. Дальнейшие испытания с большим числом участников и более быстрыми алгоритмами покажут, насколько применима технология за пределами лаборатории.

Источник: PsyPost