В научно-популярной литературе термин «киберпротезы» все более мистифицируется, становится чуть ли не гибридом разума и электроники. Между тем киберпротезы сами по себе — это частный случай кибернетических манипуляторов, которые уже десятки лет собирают часы и автомобили, шьют тапочки и добывают грунт на небесных телах.
1. Принципы работы киберманипуляторов
Приставка «кибер-» во всех своих приложениях говорит лишь о том, что процессы управления в этих устройствах непрерывно корректируются обратной информацией от датчиков, отслеживающих успешность выполнения целевой задачи. Чтобы, например, переместить фигуру на шахматной доске, киберманипулятор должен быть обеспечен не только соответствующими движителями, но и измерителями скорости и направления перемещения фигуры, детекторами ее захвата и правильного удержания, а самое главное — иметь план целевого действия. Только под контролем всех этих параметров происходит целесообразное действие киберустройства. В настоящее время несколько компаний в мире выпускают не только вполне приличные киберпротезы рук и ног, но и кибернетические экзоскелетные конструкции, которые прикрепляются к парализованным телу и конечностям и позволяют в буквальном смысле поднять человека с больничной койки. Производительная вычислительная техника и передовые алгоритмы дают возможность с помощью киберпротезов наладить, например, ходьбу или бег по ровной местности, захват предметов искусственной кистью и так далее. В России сейчас полным ходом идет создание аналогичных конструкций сразу в нескольких научных и производственных центрах.
2. Интерфейс мозг-компьютер
У киберпротезов и экзоскелетов есть одна проблема: притом что они обеспечены разнообразными датчиками физических показателей исполняемого действия, у них нет датчиков намерений человека, которого они обслуживают. Между тем именно нашими волевыми усилиями определяются целевые задачи: продолжить движение по прямой, повернуть, пойти вверх или спуститься под горку. Вот эту задачу регистрации намерений человека решают бурно развивающиеся в настоящее время технологии интерфейсов мозг-компьютер, которые позволяют сигналы мозга соединить напрямую с киберпротезами. Новые биокибернетические протезы и экзоскелеты будут обеспечены информацией от мозга. Уже сейчас во многих лабораториях мира и в нашей стране тестируются первые действующие образцы этих гибридов автоматического действия и волевых усилий человека. К примеру, в нашей лаборатории компьютер, находящийся на линии регистрации электрической активности мозга, уже хорошо понимает, какую букву задумал человек при наборе текста, какую команду — направо-налево или вверх-вниз — он хочет мысленно отдать манипулятору или другому устройству.
3. Внедрение электродов в мозг
В биокибернетических протезах электронно-вычислительная автоматика корректируется сигналами от мозга. Основной трудностью здесь является регистрация и расшифровка электрических сигналов от мозга. Эти сигналы или электроэнцефалограмму можно легко зарегистрировать прямо с кожной поверхности головы — безболезненно, практично и дешево. Однако структура этого сигнала крайне сложна, так как в силу своей природы он является отражением активности сотен тысяч нервных клеток. Поэтому его расшифровка дает недостаточную информацию для тонкого управления киберманипулятором. В то же время если электроды ввести прямо в мозг, то можно получить максимально точный контакт с нужной группой из нескольких десятков нервных клеток и гораздо точнее уловить намерение человека. Более того, в такой ситуации мозг сам начинает подстраивать активность этих нейронов под управление связанного с ними протеза. В конце 2012 года почти одновременно в двух американских лабораториях ученым удалось с помощью таких вживленных электродов и соответствующих алгоритмов расшифровки активности нейронов дать возможность парализованным пациентам управлять искусственной рукой одной только силой намерения. Впервые за многие годы безде-ятельного состояния с помощью этой кибернетической руки они смогли, например, самостоятельно подать себе банку с напитком или угостить себя шоколадкой. Однако технологии с внедрением электродов в мозг позволительны только по крайним жизненным показаниям и требуют настоящей нейрохирургической операции.