Małpa w wirtualnej rzeczywistości

Interfejs mózg–komputer pozwala naczelnym sterować komputerowymi awatarami. Trzy makaki rezusy poruszały się w środowisku wirtualnej rzeczywistości. Sygnały z ich mózgu przechwytywały elektrody, a model AI tłumaczył je na ruch postaci na ekranie

Badanie opisane w Science Advances pokazuje, że możliwe jest sterowanie ruchem na bardziej abstrakcyjnym poziomie niż w dotychczasowych interfejsach mózg–komputer. Zamiast wyobrażać sobie konkretny ruch, na przykład podniesienie palca, zwierzęta mogły kierować postacią w sposób zbliżony do używania kontrolera w grze.

Zespół kierowany przez Petera Janssena z KU Leuven wszczepił trzem makakom rezusom po trzy implanty. Każdy z nich zawierał 96 elektrod. Umieszczono je w trzech obszarach mózgu: pierwszorzędowej korze ruchowej oraz w grzbietowej i brzusznej korze przedruchowej.

Pierwszy z tych obszarów odpowiada bezpośrednio za wykonywanie ruchów. Dwa pozostałe wiążą się raczej z ich planowaniem i reprezentacją na wyższym poziomie. Sygnały z elektrod trafiały do modelu AI, który przekształcał je w polecenia sterujące wirtualnym środowiskiem. Małpy obserwowały ekran 3D i widziały efekty własnej aktywności mózgu.

W najprostszych zadaniach sterowały kulą poruszającą się po wirtualnym krajobrazie. W bardziej złożonych kontrolowały postacie przypominające małpy, widziane z perspektywy trzeciej osoby, jak w grach komputerowych. W kolejnych testach poruszały się po wirtualnych budynkach, otwierały drzwi i przechodziły między pomieszczeniami.

Inny sposób sterowania

W wielu wcześniejszych eksperymentach z udziałem ludzi korzystających z interfejsów mózg–komputer konieczne było wyobrażanie sobie konkretnych ruchów – na przykład zginania palca, aby przesunąć kursor. Janssen uważa, że w tym przypadku udało się sięgnąć do bardziej ogólnego sposobu reprezentowania ruchu w mózgu. „Nie możemy zapytać tych małp, ale uważamy, że to bardziej intuicyjny sposób sterowania komputerem” – mówi badacz.

Dodaje, że użytkownicy obecnych systemów opisują je czasem jako próbę „poruszenia uszami”, czyli działanie nienaturalne i trudne do opanowania. Andrew Jackson z Newcastle University zwraca uwagę na inny aspekt wyników: małpy potrafiły sterować ruchem w różnych sytuacjach i z różnych perspektyw, używając tego samego interfejsu.

„Mam kontroler z kilkoma przyciskami i w różnych grach uczę się, jak przypisać je do konkretnych działań. To stosunkowo łatwe, bo kombinacji jest niewiele” – mówi Jackson. Jak dodaje, trudniej byłoby, gdyby każda nowa sytuacja wymagała zupełnie innego rodzaju działania.

Zdaniem badacza może to oznaczać, że interfejs korzysta z obszarów mózgu odpowiedzialnych za bardziej abstrakcyjne planowanie ruchu, a nie tylko za jego wykonanie. Podobne systemy testowano już u ludzi, ale w prostszej formie. W jednym z eksperymentów osoba sparaliżowana sterowała wirtualnym dronem, wyobrażając sobie ruch palców. W innym sygnały z mózgu pozwalały przekształcać wyobrażone pisanie w tekst.

Janssen uważa, że nowe podejście może w przyszłości pozwolić osobom z paraliżem poruszać się w wirtualnych środowiskach albo sterować elektrycznym wózkiem w bardziej naturalny sposób.

Na razie to jednak etap badań podstawowych. „Trzeba jeszcze ustalić, gdzie dokładnie wszczepiać implanty u ludzi, bo te obszary nie są u nas dobrze zmapowane” – mówi Janssen. Dodaje, że po rozwiązaniu tego problemu system powinien działać, a nawet być łatwiejszy do opanowania przez ludzi, którym można wyjaśnić zasady jego działania.

Kontekst technologiczny

Nowe badanie z udziałem makaków pokazuje inny kierunek. Zamiast wymuszać konkretne sygnały ruchowe, próbuje wykorzystać bardziej ogólne mechanizmy planowania ruchu w mózgu.

Rozwój interfejsów mózg–komputer przyspiesza. W 2024 r. firma Neuralink poinformowała o wszczepieniu implantu człowiekowi, który dzięki temu mógł sterować kursorem na ekranie.

Później okazało się jednak, że część elektrod przesunęła się w mózgu, co znacząco ograniczyło działanie systemu. Firma była też wcześniej krytykowana za warunki badań na zwierzętach i była przedmiotem dochodzeń w Stanach Zjednoczonych.

Źródła:
New Scientist – https://www.newscientist.com/article/2522956-monkeys-walk-around-a-virtual-world-using-only-their-thoughts/
Science Advances – https://doi.org/10.1126/sciadv.adw3876

• aktualności
• Nauki biologiczne i rolnicze