Джон П. Мелло младший
25 мая 2021 года, 9:05 утра по тихоокеанскому времени
Исследователи из Университетского колледжа Лондона придают новое значение выражению «все пальцы».
Они взяли отмеченный наградами дипломный проект Королевского колледжа искусств в Лондоне и используют его, чтобы проверить реакцию мозга на то, чтобы справляться с дополнительными частями тела.
Идея проекта Колледжа искусств заключалась в том, чтобы переосмыслить традиционные взгляды на протезирование с помощью роботизированного большого пальца, который можно прикрепить к руке.
«Наше исследование показывает, что люди могут быстро научиться управлять устройством увеличения и использовать его в своих интересах, не задумываясь», — Дани Клод (на фото выше), разработчик робо-большого пальца и член исследовательской группы UCL, исследующей как мозг адаптируется к увеличению тела, говорится в заявлении.
«Мы увидели, что при использовании третьего большого пальца люди изменили свои естественные движения рук, и они также сообщили, что роботизированный большой палец ощущается как часть их собственного тела».
Если иметь два больших пальца — это хорошо, тогда лучше иметь три больших пальца? Не обязательно, утверждает Хауи Чозет, содиректор лаборатории биоробототехники Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге.
«Наши пальцы — не просто компоненты», — сказал он TechNewsWorld. «Они — часть системы».
«Наличие лишнего большого пальца ничего не значит», — сказал он. «Это зависит от того, как этот большой палец работает в контексте новой системы».
Большой палец, управляемый пальцами
Для своего эксперимента команда обучила 30 человек использовать большой палец робота и обнаружила, что участники могут выполнять множество задач, требующих сноровки, таких как строительство башни из блоки одной рукой.
Робо-большой палец может быть изготовлен на 3D-принтере, поэтому его не только относительно легко изготовить, но и легко настроить.
Устройство крепится напротив большого пальца руки, чуть ниже мизинца. Он контролируется с помощью датчиков, прикрепленных под большими пальцами ног пользователя. Легкое нажатие на датчики позволяет управлять устройством через беспроводное соединение.
Если вы контролируете #thirdthumb пальцами ног, что произойдет с вашим контролем над ним, если мы введем им наркоз? Ознакомьтесь с нашим новым препринтом! https://t.co/vEwuKq2ipy pic.twitter.com/cqKOnwk7v0
— Лаборатория пластичности (@PlasticityUCL) 24 мая 2021 г.
Двадцать участников обучались использованию большого пальца робота в течение пяти дней. . В то время их поощряли брать устройство домой и использовать его для повседневных задач. По оценкам исследователей, участники носили гаджет от двух до шести часов в день.
Другая группа из 10 участников носила статичную версию робо-большого пальца во время прохождения того же курса обучения.
В лаборатории обучение было сосредоточено на том, чтобы дать участникам возможность выполнять задания, которые помогают улучшить взаимодействие между большим пальцем робота и рукой, к которой он прикреплен, например, поднимание одной рукой нескольких шаров или бокалов для вина.
Наша вторая статья ThirdThumb теперь доступна для предварительной печати! Соматосенсорные сигналы от контроллеров дополнительного роботизированного пальца поддерживают моторное обучение #thirdthumb @PlasticityUCL https://t.co/cTSGFosPjs pic.twitter.com/1xCqXPrDBt
— Дэни Клод (@DaniClode) 24 мая 2021 г.
По словам исследователей, участники смогли очень быстро изучить основы манипуляции большим пальцем, в то время как обучение помогло им обрести контроль над моторикой, ловкость и координацию рук и большого пальца с устройством.
В конечном итоге участники могли даже использовать большой палец робота, когда отвлекались. Они могли построить деревянную башню из блоков, например, решая математическую задачу или с завязанными глазами.
«Наше исследование — первое, посвященное использованию увеличивающего устройства вне лаборатории», — говорится в заявлении первого автора исследования Паулины Килиба.
«Это первое исследование аугментации, проводимое в течение нескольких дней длительных тренировок, и первое, в котором была проведена нетренированная группа сравнения», — продолжила она.
«Успех нашего исследования показывает ценность тесного сотрудничества нейробиологов с дизайнерами и инженерами для обеспечения того, чтобы устройства увеличения максимально использовали способность нашего мозга к обучению и адаптации, а также обеспечивали безопасное использование устройств увеличения. ," она добавила.
Тонкие изменения мозга
Ведущий автор исследования, профессор Тамар Макин, отметила, что увеличение тела — это растущая область, направленная на расширение физических возможностей человека, но четкого понимания этого нет. о том, как наш мозг может адаптироваться к этому.
«Изучая людей с помощью хитроумно разработанного Третьего пальца Дэни, мы стремились ответить на ключевые вопросы о том, может ли человеческий мозг поддерживать дополнительную часть тела, и как технология может повлиять на наш мозг», — сказала она в своем заявлении.
«Эволюция не подготовила нас к использованию дополнительной части тела, и мы обнаружили, что для расширения наших возможностей новыми и неожиданными способами мозгу потребуется адаптировать представление о биологическом теле», — добавила она.
До и после тренировки участников сканировали с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии, которая измеряет активность мозга, обнаруживая изменения, связанные с кровотоком. Испытуемые, без большого пальца робота, двигали пальцами во время сканирования.
В своей аннотации к проекту исследователи отметили, что аугментация повлияла на ключевые аспекты репрезентации рук и моторного контроля. Использование третьего большого пальца ослабило естественную кинематическую синергию биологической руки. Кроме того, расшифровка мозга выявила легкий коллапс моторного представительства увеличенной руки после тренировки, даже когда третий большой палец не использовался.
Исследователи обнаружили тонкие изменения в том, как рука, которая носила большой палец робота, была представлена в сенсомоторной коре головного мозга. Обычно каждый палец представлен в головном мозге отдельно друг от друга. На руках робо-большого пальца картина мозговой активности, соответствующая каждому пальцу, была менее отчетливой, чем обычно.
Однако сканирование, проведенное через неделю, показало, что эти изменения в области кистей головного мозга утихли. Это говорит о том, что воздействие робо-большого пальца на мозг не является долгосрочным, хотя они признали, что необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить этот вывод.
Choset отметил, что увеличение тела в будущем будет важно как для людей с ограниченными возможностями, так и для здоровых людей. «Он предоставит протезы для людей с ограниченными возможностями и для здоровых людей, у которых есть работа, на которой они могли бы использовать машинную помощь, например, поднятие тяжестей».
Килиба утверждал, что увеличение тела однажды может быть полезным для общества во многих отношениях, например, позволить хирургу обходиться без ассистента или фабричному рабочему работать более эффективно.
«Это направление работы могло бы революционизировать концепцию протезирования и могло бы помочь тому, кто постоянно или временно может использовать только одну руку, делать все этой рукой», — сказала она.
«Но чтобы достичь этого, — продолжила она, — нам нужно продолжить исследование сложных междисциплинарных вопросов о том, как эти устройства взаимодействуют с нашим мозгом».
«Это отличный эксперимент, чтобы выяснить, как человеческий мозг работает ", — добавил Картик Рамани, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Пердью.
«Мы мало что знаем о человеческом мозге, — сказал он TechNewsWorld, — и связь между руками и головой очень важна». 
