Yapay El İle Dokunmayı Nasıl Deneyebilirsiniz?

Dokunma hissini - örneğin giysilerinizin vücudunuza dokunuşu ya da ayaklarınızın altındaki soğuk zemine - dokunduğumuzda, bu hissi vücudumuza gelen bir şey olarak deneyimliyoruz. Bu hisler belirli vücut parçalarıyla çok bağlantılı olduğu için, dokunma hissimizin tamamen vücuda bağlı olduğunu düşünmek kolaydır.

Görünüşe göre bu fikir karşısında uçuyor, ancak, Pittsburgh Üniversitesi Tıp Merkezi'ndeki bilim adamları yakın zamanda ciddi bir farkla robotik bir kol tasarladılar: Kullanıcının robotik parmaklara dokunulduğunu hissetmesini sağlıyor.

Ama bu nasıl olabilir? Bir çift robotik parmaktan - vücudunuza bağlı olmayan parmaklardan - gelen bir hissi nasıl hissedebilirsiniz?

Bunu anlamak için dokunuşu nasıl deneyimlediğimiz hakkında daha fazla bilgiye ihtiyacımız var.

Beynimizdeki "küçük adam"

En alttan başlayarak, bir nesne parmağınızla temas ettiğinde, bu, mekanik alıcılar adı verilen cildinizin yüzeyinin altındaki özel hücreleri etkinleştirir. Bu hücreler mekanik olarak aktive olurlar, yani ciltle temastan kaynaklanan basınç hücrenin dış zarını deforme eder. Bu, kolu, omurga boyunca ve beyne kadar takip eden bir dürtü başlatır.

Beynin bu girdiyi alan ve işleyen kısmına somatosensoriyel korteks denir. Bu bölge beyindeki en büyüleyici yerlerden biridir (araştırmamı yaptığım alan bu olduğu için biraz önyargım olabileceğini itiraf etsem de). Bu kadar ilginç olmasının nedeni, her biri vücudun ayrı bir bölümünü temsil eden çok sayıda küçük parçadan oluşan çarpıcı organizasyonudur.

Bu segmentler oldukça organize. Temelde vücuttaki gibi beyinde de aynı şekilde yerleştirilirler ve görselleştirildiğinde küçük bir "kişi" oluştururlar, ayakları kafa derisinin üstünde ve yüzü altta bulunur.

Beyindeki bu minik adam ve nasıl keşfedildiği bize beden olmadan nasıl hissedebileceğinize dair ilk ipucumuzu verir.

Dr. Penfield ve "Montreal tekniği"

1940'larda Wilder Penfield adlı bir doktor ve ekibi epilepsili hastalarda nöbetlere neden olan beyin parçalarını tespit etmek ve çıkarmak için oldukça yoğun ameliyatlar yapıyorlardı. Daha da yükselen bu hastalar prosedürler sırasında bilinçsiz kalmamışlardır. Aslında tamamen uyanıklardı (anestezi ile uyuşturulmuş olsalar da ameliyatın acısını hissedemiyorlardı).

Kafatası açıkken, doktorlar beynin bazı kısımlarını küçük bir elektrik sondasıyla uyararak yapay olarak harekete geçirdiler ("Montreal Prosedürü" olarak adlandırılır). Hastaların bilinçli bir şekilde yaşadıklarını tarif edebilmeleri için ihtiyaçları vardı - doktorların nöbetlerin başladığı beyin alanlarını belirlemelerine ve ayrıca beynin alanlarının tam olarak ne yaptığını anlamalarına yardımcı olmalarına izin verdi. Beynin somatosensoriyel alanını uyarmanın, vücudun belirli bir yerine dokunma hissine (genellikle doğal olmayan bir karıncalanma olmasına rağmen) neden olduğunu buldular.

Bu dramatik ameliyatlar hastalar için fazlasıyla faydalı olmanın ötesinde bir şeydi. Bizi beyinle ilgili iki temel gerçekle donattılar: Birincisi, beyinde dokunmak için ayrıntılı bir vücut haritası var; ikincisi ve robot kolumuz için daha da önemlisi, bu dokunma vücuttan herhangi bir uyarı olmaksızın yapay olarak başlatılabilir - beynin doğrudan uyarılmasıyla.

Ve bu, yeni robotik elin kullanıcısı Nathan Copeland için yaptığı şeydir.

2004'te Nathan, hareket kabiliyetinin çoğunu ve boynunun altında dokunma hissini yok eden ciddi bir araba kazasına karıştı. Yıllar sonra Nathan, beynine aygıtları yerleştirmek için ameliyat oldu - bir bilgisayarın onunla doğrudan iletişim kurmasına izin verdi (beyin-makine arayüzü veya BMI olarak bilinir).

Beyinden vücuda BMI

Beynine, elektriksel uyarı gönderip alabilen dört küçük elektrot ızgarası yerleştirildi. Robot kolu inanılmaz bir hassasiyetle (10 derece serbestlik, yani 10 bağımsız hareket noktası) kontrol etmek için motor sinyalleri göndermesine olanak tanıyan hareket alanına bir ızgara yerleştirilir. Ancak bu beyinden vücuda anlamında BMI artık eski bir şapka (kulağa ne kadar komik geliyorsa, yine de oldukça kanlı harika olduğu düşünüldüğünde).

Tersine çevirme: Vücuttan beyine BMI

Bu insan-makine bağlantısında devrim niteliğinde olan şey, mesajları vücuttan beyne diğer yoldan göndermesidir. Robotik kolun kendisinin parmaklarına yerleştirilmiş küçük sensörler var. (Burada Nathan ve kolunu görün.)

Normal mekanoreseptörlerimiz gibi, bu sensörler üzerindeki basınç, robotik kola bir bilgisayar aracılığıyla tellerle, somatosensoriyel kortekse implante edilen diğer iki elektrot ızgarasına geri gönderilen bir elektrik impulsu yaratır.

Bu sürecin başarısı için kritik olan bilgisayar, basınç sinyallerini beynin "dokunma" olarak anlayabileceği bir mesaja dönüştürür - beynin bu alanı tarafından alındığında normal bir dokunma mesajının nasıl göründüğüne en iyi şekilde uyması için onu dönüştürür.

Araştırmacılar, dokunmanın etkileyici bir doğrulukla belirli parmaklara yerelleştirildiğini zaten gösterdiler: Gerçekten, Nathan hangi parmağa dokunulduğunu bildirmesi istendiğinde yüzde 73-97 oranında doğru. Daha yakın zamanlarda, ekip, farklı beyin stimülasyon güçleri ile farklı yoğunluklarda bir dokunuş sağladı.

Bu beyinden vücuda beyin buluşu, felçli veya uzuvları eksik olan insanlar için kesinlikle protez uzuvların geleceğidir. Siz fazla heyecanlanmadan önce, böyle bir cihaz aramızdaki iki kollu için hazır değildir.

Bunun nedeni, bu elektrotların implantasyonunun, implante edildikleri beyin dokusunu bozma potansiyeline sahip olmasıdır. Nathan'da bu daha az endişe verici çünkü felç nedeniyle implante edilen doku artık ana işlevini yerine getirmiyor.

Kafatasının dışından beyin aktivitesini okumanın daha iyi yollarının veya daha az invazif yumuşak elektrotların geliştirilmesiyle bu durum değişebilir. Bir cyborg olmak isteyenler için bu alanı izleyin ...