Киборгите атакуват!

Ако като мен сте планирали да седнете с удоволствие и чаша бира да гледате откриването на световното първенство по футбол в Бразилия на 12-ти юни вечерта, то вероятно ще станете свидетели на нещо грандиозно. Организаторите са обещали стартът на първия мач от Мондиала (традиционният начален удар по топката) да бъде даден от… парализиран младеж, който ще се появи самостоятелно на терена и ще ритне топката благодарение на роботизиран екзоскелет! Не знаете какво е "екзоскелет"? Това е електромеханична система за подпомагане движението на хората, нещо като полуробот без интелект, управляван от разположения в него човек чрез минимално физическо усилие. Или пък както ще бъде в този случай - чрез директно свързване към мозъка - с мисловни команди!

Тази новина звучи толкова интересно, че нищо чудно да предизвика интерес към старта на първенството дори у хора, които не се интересуват много от футбол. Стига да осъзнават, какво значи на практика въвеждането в употреба на подобна технология – управлението на машини само с… мисъл?

Човекът, комуто дължим разработката на този смел проект е по рождение бразилец. Неговото име е Мигел Николелис – учен невролог, работещ в университета Дюк в Щатите. Той е известен, като един от водещите учени в областта на мозъчните интерфейси – устройства, които могат да прихващат електрическите импулси от мозъка, да ги обработват и да управляват роботизирани крайници. От които някой ден масово ще се възползват хора, парализирани при инциденти или вследствие на дегенеративни неврологични заболявания.

Според Мигел Николелис, демонстрацията по време на Мондиал 2014 ще бъде само началото, един от крайъгълните камъни по пътя на развитие на екзоскелетите. Инвалидните колички ще останат в историята, а постижението ще е толкова велико, че може да се сравни донякъде със стъпването на човека на Луната.

Противниците

Разбира се, не всички учени споделят възторга и оптимизма на Мигел Николелис (на снимката). Много негови колеги задават множество научни, дори етични и морални въпроси, относно технологичното чудо - дали наистина технологията е толкова напреднала, колкото твърди изобретателят и дали проведената демонстрация няма само да даде измамни надежди на стотици хиляди нуждаещи се болни хора по света? Като им обещае нещо толкова невероятно и то в близко бъдеще.

Според Даниел Ферис, инженер по биомедицина и неврология от университета в Мичиган, много от хората запознати с проекта смятат, че той не представлява голямо постижение, а целта му е предимно показност и реклама. Той и останалите скептици решават да спестят критиките си до момента на демонстрацията по телевизията. Въпреки, че дори за експертите в областта едно телевизионно предаване няма да бъде достатъчно за оценка на научното постижение, лежащо зад заснетото на видео „чудо“.

Чудото на технологията

Според изследователите, които години наред се занимават с проучвания в областта на контролирането на компютърни устройства директно от човешкия мозък, впечатленията от демонстрацията ще зависят най-вече от това до каква степен екзоскелетът ще бъде контролиран от човешкия мозък. Ако мозъкът просто изпраща „старт“ и „стоп“ сигнали, които инструктират роботизираните крайници да изпълняват предварително програмирани набори от движения, то най-грубо казано това си е напълно по възможностите и на днешната техника.

Дори сега на пазара са достъпни няколко екзоскелета, които позволяват на парализирани хора бавно да се придвижват, като учените са успели до голяма степен да осъществят стартирането и спирането на движението директно чрез сигнали от мозъка. Но ако по време на демонстрацията бъде показано и след това доказано, че човекът може да се движи с прилична скорост и да прави промени в това движение в реално време спрямо обстановката (като например да уцели и ритне топката на терена), то това ще бъде наистина феноменален напредък.

Електроди в главата или не?

По време на работата си от миналата година Мигел Николелис и екипът му са смятали да използват електроди, имплантирани по хирургичен (инвазивен) път в мозъка на доброволец, за да записват сигналите от отделните неврони в региони на мозъка, които контролират движението. И по този начин да могат директно да управляват екзоскелета.

Нещата обаче бързо се променят и наскоро екипът обяви, че планира нехирургична намеса и използване на специални електроди, разположени върху кожата на главата, които би трябвало също да свършат необходимата работа, без да се налага операция. По тази тема са проведени множество научни спорове, за да се реши кой подход е по-правилен. След повече от десетилетие лабораторни проучвания Мигел Николелис установява, че използването на сигналите на стотици или дори хиляди индивидуални неврони предоставя много по-богата информация, която може да се използва за възпроизвеждането на много по-естествени движения. Става дума за инвазивното имплантиране.

От друга страна използването на EEG (неинвазивният вариант) събира комбинираните сигнали от милиони неврони и много по-големи участъци на мозъка. А това може да се окаже объркващо за машините и софтуера, който ги обработва. Учените понякога обичат да илюстрират този факт по следния начин: Имплантираните електроди можем да сравним със записа на симфония чрез персонален микрофон, който записва само няколко отделни инструмента. Докато EEG е нещо като общ запис на целия оркестър само с един микрофон и то… извън концертната зала!

Разбира се, и двата варианта не са съвършени, а най-голямото предизвикателство към тях е, че учените още не са сигурни как да извличат бързо и достатъчна информация от невроните така, че сигналите да могат надеждно да управляват сложните роботизирани структури.

Съкращаващите се неумолимо крайни срокове, както и многото трудности около организирането и провеждането на мозъчни импланти в крайна сметка принуждава екипа на Николелис да се спре на втория, неинвазивен вариант. Те много ясно си дават сметка, че EEG има множество недостатъци, но за момента това е по силите на учените.

Ерата на екзоскелетите

Дори засега да се ползва само EEG варианта на технологията, всички признават, че съществува значителна възможност най-малкото за постигане на сериозни подобрения в сега съществуващите подобни технологии. Най-напредналата за момента е в лицето на японското устройство, наречено HAL (Hybrid Assistive Limb) - предназначено за хора, които все пак не са напълно парализирани, могат леко да движат крайниците си или страдат от сериозна мускулна атрофия и немощ. HAL притежава миниатюрни вградени сензори навсякъде по екзоскелета, които могат да усещат и измерват налягането което оказват върху тях крайниците дори при най-лекото им движение. Когато тези на стъпалото например засекат натиск напред, моментално стартират преместването на крака на екзоскелета. Лошото е, че това е точно движение от типа старт/стоп и пациентът не притежава особен контрол над роботизираните крайници.

Други пък са създадени специално за напълно парализирани хора, като например Rex Bionics, който е тестван в комбинация с хора, носещи шлемове с EEG електроди за контрол на движението. Този тип екзоскелети са много впечатляващи но… ужасно бавни. За да изминете едва няколко метра ще ви трябват доста минути. Затова и може би не повече от 30-тина подобни екзоскелета се използват реално днес – хората могат да ги ползват за не повече от час-два на ден. И няма как да ги носите непрекъснато или поне за цял един ден.

Оптмистите и песимистите

Големият въпрос към момента е дали демонстрацията по време на началото на Мондиал 2014 ще успее да надмине постиженията на всички досегашни екзоскелети управлявани директно от мозъка, или не. Новото „желязо“ или екзоскелетът, който ще се движи по време на шоуто е изработено от екип от над 100 човека в техническия университет в Мюнхен под ръководството на Гордън Ченг.  На това видео можете добре да разгледате докъде точно е стигнала разработката на екзоскелетът, ще видите как изглежда, как се движи както и част от техниката и екипът, който стои „зад сцената“. Първите тестове с реален пациент са извършени съвсем наскоро, на 30-ти април, след което информацията е публикувана и на фейсбук страницата на проекта, където множество хора са дали своята подкрепа за него.
Според Николелис резултатите са по-добри от очакваните, а екипът му е събрал нова информация от клинична гледна точка, като напредъкът за последните няколко месеца е сериозен.

Разбира се в Бразилия към момента вървят сериозни полемики по темата и то не само от научна гледна точка, но и от етична и морална. Самият Николелис споменава много пъти, че благодарение на разработката си днес той вижда възможност да се завърне в родината си, която е напуснал на 27 години за да учи в САЩ. Подкрепата на бразилското правителство обаче (парична разбира се)би могла да го накара да продължи разработките си на местна почва. Засега правителството на латиноамериканската държава е инвестирало 15 милиона долара в проекта.

На фона на инвестициите и още повече, наблюдавайки милиардите долари хвърлени около изграждането на стадиони и инфраструктура за Мондиал 2014, няма как да се учудим от факта, че някои от критиците споделят как с удоволствие биха наблюдавали тези пари да отидат за строежа на болници, или за подобряване условията на живот на бедното бразилско население. Не е тайна фактът, че в бедните квартали дори на Рио де Жанейро, хиляди хора живеят тънейки в мизерия, боклуци, липса на вода и съвременни условия на живот.

Противниците (песимистите) също така смятат, че на този проект се дава прекалено голяма гласност, а всичко е сапунен мехур в който са преплетени лична гордост и ревност, много пари и разбира се фалшива показност. Затова много учени, особено противници на проекта дори не желаят да застанат с имената си зад тази позиция. А те хич не са малко (според някои свидетелства съотношението на поддръжници – противници е около 50:50).

Какво да очакваме?

В крайна сметка винаги е имало за и против всяка нова технология. Да напомняме ли, какво са казвали преди години хората за телевизора, автомобила, атомната енергия? Какво обаче реално можем да очакваме в нощта на откриването на Световното първенство? Ето някои основни моменти:
Задължително първо изгледайте следващото видео, за да видите на какво е способен към момента най-усъвършенствания задвижван директно от мозъка екзоскелет.

Запомнете скоростта му, начина на движение, свободата. И когато демото е в действие на 12-ти юни, обърнете внимание на скоростта на движение (трябва да е по-висока), плавността на движенията (дано да са доста по-отмерени и точни). Ако момчето носещо прототипа успее и да изрита топката, това наистина ще бъде постижение, като разбира се – не очаквайте то да направи шоу в стил Дейвид Бекъм или някой по-сериозен виртуоз с топка.

Най-лошото е, че дори шоуто да ни хареса и всичко да мине чудесно, пак няма да сме сто процента сигурни, дали това което сме видели не е театър. За организаторите не е никакъв проблем да поставят в екзоскелета някой не напълно парализиран човек, който все пак може да движи до известна степен крайниците си. Няма как да разберем до каква степен за движението е отговорен самия човек и до каква – екзоскелетът. Няма как и да разберем какъв процент от контрола идва директно от мозъка на човека и дали някой не му „помага“ директно или дистанционно. Ще видим… и просто трябва да повярваме и да се доверим.

По материали от Wired