Dabarties ir ateities “neurotechnologijos”

Vytauto Didžiojo universitete Gamtos mokslų fakultete vienintelės vykdomos Lietuvoje bakalauro studijų programos „NEUROTECHNOLOGIJOS“  dėstytojas Šarūnas Ašmantas ir studijų programos vadovas prof. Saulius Šatkauskas pasakoja, kam yra naudojamos neurotechnologijos ir kokios jų pritaikymo galimybės dabartyje bei ateityje.

Viena mėgstamų žiniasklaidos temų yra žmogaus ateities prognozavimas. Šiuo metu šioje tematikoje yra gausybė medžiagos. Kad sėkmingai prognozuoti ateitį, reikia būti gerai susipažinus ne tik su dabartimi, tačiau ir su praeitimi, kad suprasti kai kuriuos technologijų evoliucijos dėsningumus. Aprėpti civilizacijos vystymąsi vienam žmogui yra pernelyg sudėtinga. Tačiau geras specialistas, nuolat sekantis savo sritį, gali numatyti savo mokslo šakos vystymąsi ir jos sukurtų technologijų diegimą kasdieniniame gyvenime. Kad ir kokios neginčijamos pasirodytų šios pranašystės, pernelyg rimtai į jas nežvelkime, tai galimi technologijų vystymosi ateityje scenarijai, tačiau nebūtinai viskas taip ir vyks. Bandant numatyti Neurotechnologijų vystymąsi ateityje, būtina žinoti kas šioje srityje pasiekta jau dabar.

Egzoskeletai. Šis žmonijos išradimas, dar visai neseniai buvęs fantastinių filmų elementu, šiuo metu jau skinasi vietą gyvenime. Žodis egzoskeletas šiuo metu turi dvi reikšmes: pirmoji – tai vabzdžius dengiantis kietas chitininis šarvas palaikantis jų kūno formą, antroji – tai techninis įrenginys uždedamas ant žmogaus kūno ir atkartojantis žmogaus kūno  judesius. Paprastai tai būna įrenginys turintis šarnyrines jungtis, su įmontuotais elektros varikliais, kūno dalių kopijoms judinti. Ant galūnių yra uždedami jutikliai, kurie dideliu greičiu kopijuoja mūsų kūno judesius. Šis prietaisas padeda net ir silpnam žmogui pasiekti jėgą, leidžiančią nugalėti geriausius pasaulio imtynininkus. Iš pradžių ši idėja buvo eksploatuojama kariškių. Dar XX amžiaus septintame dešimtmetyje JAV mokslininkai buvo iškėlę pėstininko, su titaniniais šarvais idėją, kuris galėtų judėti greičiau, nei pėstininkas be šių šarvų. Šiuo metu yra sugalvoti įvairūs egzoskeletai, padidinantys kario jėgą. Egzoskeletai taip pat gali būti patogus žmogaus pagalbininkas ir pakrovimo darbuose. Krovėjas naudodamas egzoskeletą galės pakelti kelis kartus daugiau nei jis pats gali. Tačiau populiariausia egzoskeletų taikymo šaka bus medicina. Netolimoje ateityje egzoskeletas taps neatsiejamu senų žmonių, taip pat žmonių turinčių judėjimo aparato sutrikimus, palydovu, leidžiančiu pastarajam be pagalbininkų pasivaikščioti po miestą, ar atlikti buities darbus. Taigi šis žmogaus kūrinys apjungiantis žinias apie smegenis ir mechatronikos pasiekimus bus ateities žmogaus kasdienybė.

Dirbtiniai jutimo organai. Nepaisant visų šiuolaikinės civilizacijos pasiekimų, žmonės neišvengiamai susiduria su senatve. Senėjimas yra natūralus procesas, tačiau jis suteikia daug kasdieninio gyvenimo nepatogumų. Vienas iš jų, yra jutimo organų silpimas. Tačiau jutimo organai prarandami ne tik senėjimo dėka, juos praranda ir jauni žmonės, tai atsitinka dėl įvairių ligų ir nelaimingų atsitikimų kaltės. Jeigu, sakykime, uoslės ar skonio organų praradimas žmogaus gyvenimo kokybę pablogina, tačiau gyventi vis tiek galima, tai klausos ir regos organų praradimas padaro ženklią įtaką žmogaus gyvensenai. Tokiam žmogui anksčiau buvo viena išeitis. Jutimo organo pakeitimas, donoro organu. Akis galima gauti iš žuvusių donorų, o štai su ausimis yra kur kas sunkiau. Ir čia į pagalbą ateina šiuolaikinės neurotechnologijos, su dirbtiniais jutimo organais. Labiausiai vykęs šiuo metu yra ausų implantas, kuris nors gali atstatyti klausą, tačiau pilnai ausies nepakeičia. Implantas yra įvedamas į ausies sraigę, dar vadinamą vidine ausimi. Išorės garsai priimami mikrofonu ir paverčiami elektriniais signalais, kurie apdorojami mikroprocesoriaus pagalba siunčiami į implantą, kuris dirgindamas klausos nervus sukuria garsą.

Su akių implantais taip pat intensyviai dirbama. Vis tik, akių implantų konstrukcija šiame neurotechnologijų išsivystymo etape kol kas padeda nedaug. Tiesiog daugumoje eksperimentinių sistemų signalas paduodamas tiesiogiai į pažeistos akies tinklainę. Netolimoje ateityje videokameros vaizdas bus paduodamas į regos žievę pakaušyje, klausos signalai paduodami į klausos signalus apdorojančią žievę smegenyse. Be abejo, visi dirbtiniai jutimo organai prie žmogaus smegenų yra prijungiami chirurginiu būdu, kas nėra taip jau paprasta ir saugu.

Šalia invazinių metodų egzistuoja neinvaziniai metodai. Sakykime yra sukurta dirbtinė regos sistema sinestezijos reiškinio pagrindu. Sinestezija – tai toks neurofiziologinis reiškinys, kai vienos jutimo sistemos jutimo organus perima kitos jutimo sistemos analizatorius. Grubiai kalbant galima sakyti matome akimis ir girdime ausimis. Mokslininkai pastebėjo, kad galima žmogų išmokyti matyti liežuviu. Taigi neurotechnologai sugalvojo ganėtinai įdomų įrenginį, kuriame panaudojamas sinestezijos efektas. Ant žmogaus galvos tvirtina videokamera, o ant liežuvio speciali matrica į kurią patenka videokameros signalai ir pagal tam tikrą algoritmą yra dirginamas liežuvis. Kas nuostabiausia, naudojant šią technologiją išmokstama matyti liežuviu. Ją gali įvaldyti ne tik neregiai, tačiau ir puikiausiai matantys žmonės.

Dirbtinės  galūnės. Rankų arba kojų praradimas nėra toks jau retas reiškinys žmonių tarpe. Šiuolaikinė civilizacija stengdamasi pagelbėti šiems žmonėms yra sugalvojusi pakankamai daug visokiausių išradimų. Deja, dauguma jų tik dalinai atstato prarastas galūnių funkcijas, todėl ieškoma kitų būdų. Šiuo metu sparčiai vystomi tyrimai susiję su mechatroninių galūnių kūrimu. Tokios dirbtinės galūnės būtų valdomos mūsų nervų sistemos generuojamais signalais, tartum tai būtų natūrali galūnė. Signalai yra analizuojami integruotų kompiuterių, kurie valdo miniatiūrinius elektros variklius, valdančius galūnę. Tačiau tokia sukurta galūnė kol kas dar negali jausti, todėl dabartiniu metu atliekama gausybė tyrimų, kaip perduoti signalą iš galūnėje įtaisytų jutiklių atgal į žmogaus smegenis.

Žmogaus smegenimis valdomi robotai. Jeigu mes galime smegenų pagalba valdyti galūnes, tai kodėl negalima būtų valdyti sakykime alternatyvaus kūno? Ir iš tiesų tai yra įmanoma! Žmogau smegenys gali išmokti valdyti prie jų prijungtus įrenginius. Šiuo tikslu būtina prijungti smegenų signalų jutiklius prie smegenų. Šiuos signalus galima registruoti invaziniais ir neinvaziniais metodais. Invaziniai metodai yra gana sudėtingai, nes reikalauja atlikti chirurgines operacijas, kurių metu specialūs elektrodai yra įvedami į tam tikras galvos smegenų vietas, arba tiesiog pajungiami smegenų žievės paviršiuje. Nepaisant kad šie metodai yra pakankami efektyvūs ir tikslūs, tačiau dėl savo sudėtingumo kol kas nėra plačiau naudojami. Tarp neinvazinių metodų labiausiai yra paplitę du metodai, tai elektroencefalograma (EEG) ir artimųjų raudonai šviesai infraraudonųjų spindulių spektroskopija (NIR).

Šių metodų pagalba galima nuskaityti smegenų signalus uždėjus ant galvos specialius jutiklius. Užfiksuoti signalai yra sustiprinami ir perduodami apdorojimui į kompiuterį, iš kurio jie perduodami į valdomą prietaisą. Tiesa, tik prijungus savo smegenis prie roboto, jums greičiausiai iš pat pradžių jo valdyti visiškai nepavyks. Jūsų smegenys privalės išmokti robotą valdyti, taip kaip kažkada vaikystėje jūs mokėtės vaikščioti. Tai užtruks tam tikrą laiką. Neinvaziniai metodai vystosi labai greitai. Ir net tik todėl, kad jie yra neurotechnologams prieinami be medikų pagalbos, tačiau dar ir todėl, kad šiuos metodus, mėgsta naudoti mokslo mėgėjai. Dabartiniu metu pasaulyje yra užgimę patys įvairiausi neurotechnologijų startuoliai, gaminantys atviro kodo įrangą neurotechnologijų entuziastams. Šiuo metu šių neurotechnologijų sąraše yra įvairūs eksperimentiniai vežimėliai, bandomosios komunikavimo sistemos, leidžiančios susikalbėti su nekalbančiais pacientais, įvairios karinės neurotechnologijos, leidžiančios daug efektyviau valdyti kovos mašinas ir, savaime suprantama, buities neurotechnologijos. Iš buitinių neurotechnologijų yra paminėtini įvairūs žaisliniai robotai ar jų konstruktoriai. Šias priemones galime sutikti ir tokios garsios kompanijos, kaip “Lego” robotukuose. Spėriai “Lego” besivejanti kompanija “Mackeblok” taip pat sėkmingai darbuojasi šioje srityje. Nesenu laiku pasirodė keistas startuolis “Neuron Open”, kuris mėgina išmokinti žmogų buitinius prietaisus valdyti iš sapno.