Ferenc, Olívia
-4 °C
4 °C

Robotkart mozgatott a majom agya

2003.11.10. 11:39
A Miguel A. L. Nicolelis neurobiológus által vezetett csoport robotkar valósidejű irányítására tanított be két rézus-makákót. A majomlányok agyából leadott jelek mozgásba hozták a gépet.

Kilencszázötven kilométeres virtuális kar

Miguel A. L. Nicolelis
Egyre gyakoribbak az organikus-mechanikus fúziók, a különös cyborgok. Júliusban egy atlantai patkányagysejt-tenyészet által kontrollált perthi robotművész ejtette ámulatba a tudományos világközvéleményt. Az észak-karolinai Durham székhelyű Duke Egyetem Orvosi Központjában kutató Nicolelis majmai már 2000-ben nemcsak a helyi, de egy másik, a kilencszázötven kilométernyire lévő MIT tapintásra szakosodott laboratóriumában (Touch Lab) található robotkart szintén működésbe hoztak.

"Különösen azt tudva volt elképesztő látvány, hogy a robotot a Duke Egyetemen lévő majom agyából származó jelek irányítják" - nyilatkozta Mandayam Srinivasan, a Touch Lab igazgatója. "Mintha kilencszázötven kilométeres virtuális karja lenne a majomnak." A gondolati úton irányított robotikus végtagok ötlete még a közelmúltban is sci-finek számított. Mostanában viszont egyre közeledik a valósághoz - véli a tudós.

Izommozgás nélküli irányítás

Három évvel később Nicolelis és kollégái elsőként bizonyították be, hogy a majmok kizárólag agyjeleket és vizuális visszacsatolásokat használva, tehát bárminemű izommozgás nélkül képesek mechanikus kart irányítani. Megtanulják, miként hozzák működésbe azokat, miként érintsenek, vagy fogjanak meg tárgyakat.

A neurobiológus laboratóriumában elsősorban az agyi kortexhez tartozó, valamint a kortex alatti idegsejt-populációk dinamikus interakcióit meghatározó, a tapintás-érzékelésért szintén felelős, általános számítási alapelveket vizsgálják. Új elektrofiziológiai módszereket, technikákat dolgoztak ki, és azok segítségével tanulmányozták különböző állatok (patkányok, éji majmok) ilyen jellegű aktivitását, a szenzorikus és motorikus idegsejtjeik közötti kapcsolatokat korábban nem ismert tárgyak tapintása közben.

Jelenlegi kísérletük során, első lépésként az emberi hajnál kisebb átmérőjű mikroelektródákat ültettek a két rézus-makákó homlok-, illetve koponyafalcsonti lebenyébe: kilencvenhatot az egyikbe, háromszázhúszat a másikba. Azért választották ezeket a területeket, mert a komplex izommozgásokat irányító kimenő utasítások jelentős része onnan származik.

"Új paradigmát dolgoztunk ki az agyi információfeldolgozás tanulmányozására" - nyilatkozta Nicolelis. "Az agyat, egészen a közelmúltig, úgy próbáltuk megérteni, hogy csak egy idegsejtet vizsgáltunk egyszerre. Pedig mindannyian tudjuk, hogy párhuzamos módon működik, azaz bármilyen megnyilvánulás kivitelezéséhez nagymennyiségű sejt aktivizálódását kívánja meg."

Tanulási folyamatok

A 2000-es projekt során a jeleket a bennük lévő, az állat karjának sajátságos mozgásait reprezentáló minták felismerésére fejlesztett számítógépes rendszer detektálta, majd elemezte. Mihelyst a majmok elsajátítottak egy feladatot, például a táplálék megszerzését, az elektródák rögzítették agyi aktivitásukat. A computer azonos - valósidejű és háromdimenziós - mozgássá dolgozta át, melyet a robotkar hajtott végre. A jelzéseket standard Internet-kapcsolaton keresztül juttatták el az MIT-ba.

Az idei kísérleteknél először botkormány kezelésére tanították meg a majmokat: fogják meg azt, majd pozícionálják a kurzort a céltárgy fölé. A "bevezető tananyag" sikeres feldolgozása után a kutatók bonyolítottak a kurzoron: másik helyiségben működő robotkar dinamikájával (tehetetlenség, nyomaték, stb.) egyesítették. Siker koronázta a kezdeti bonyodalmakat, a majmok elsajátították a "robotkurzor" működtetését. Következő lépésként a botkormányt vették el tőlük. Az állatok ugyanúgy tettek, mint korábban, csak ezúttal - néhány napig - puszta kézzel. Aztán hirtelen rájöttek: egyáltalán nem kell mozgatni a karjukat, mivel a robot irányításához agyuk és a vizuális visszacsatolások is elegendők. A botkormány elmozdítása, s a helyébe lépő közvetlen agyi irányítás azonnal megváltoztatta a neuronok fiziológiai jellemzőit.

A terjeszkedő agy

Klikk a képre!
Az elemzések kimutatták, hogy a majmok úgy asszimilálták a robotkart, mintha a sajátjuk lenne - hangsúlyozza Nicolelis: "tudtuk, a neuronok különböző típusú információkat kódolnak. Meglepő volt viszont, hogy az állatok képesek megtanulni az idegsejtek aktivitásának az időzítését, hogy egymást követően kontrolláljanak különböző típusú paramétereket." Ugyanaz a sejtcsoport előbb egy meghatározott pontra mozgatta a robotot, majd kitermelte magából a tárgy megfogásához szükséges erőt. Mindeközben az agyáramkör újraszervezte magát a sikeres alkalmazkodáshoz.

A kísérletek azt a (McLuhanig visszavezethető) gondolatot igazolják, hogy külső eszközök - mihelyst elsajátítottuk a használatukat - agyunk meghosszabbításaként funkcionálhatnak. De nemcsak agyunkról tudunk meg többet általuk, hanem a várható orvosi alkalmazások szintén szép reményekre adnak okot. Már belefogtak a homo sapiensre vonatkozó előzetes tanulmányokba. Megválaszolandó kérdés, hogy a főemlősökön megfigyeltek mennyire feleltethetők meg az emberrel.

Közeljövőben kivitelezendő célokként az elektródák élettartamának meghosszabbítását, a komponensek miniatürizálását, vezeték nélküli interfészek kidolgozását határozták meg.