Niewidoma od kilkunastu lat Bernardeta Gómez zobaczyła pierwsze zarysy otoczenia: światło, litery, kształty i ludzi. A to dzięki okularom podłączonym do jej mózgu za pomocą implantu. W oprogramowaniu, które tłumaczy informacje wizualne na kod neuronowy wykorzystano uczenie maszynowe
Choroba Gómez zniszczyła nerwy, które łączyły oczy kobiety z mózgiem. Nie widzi nic, nawet świateł i cieni. 57-latka wzięła udział w półrocznym eksperymencie prowadzonym przez profesora Eduardo Fernandeza, dyrektora neuroinżynierii na Uniwersytecie Miguela Hernandeza w Alicante.
To znany na świecie biolog i bioinżynier, który od wielu lat prowadzi badania nad łączeniem ludzkiego układu nerwowego z komputerami w celu dwukierunkowej bezpośredniej komunikacji z neuronami.
Aktywnie pracuje też nad rozwojem neuroprotez i interfejsów mózg-maszyna, interesuje się robotyką i informatyką w medycynie, jest autorem czterech patentów.
Skonstruowane przez jego zespół okulary wyposażone są w niewielkie kamery, podłączone do komputera oraz mózgu Bernardety Gómez – za pomocą stuelektrodowego implantu osadzonego w korze wzrokowej z tyłu mózgu. Komputer przetwarzając obraz z kamery w czasie rzeczywistym zamienia go na impulsy elektryczne. Kiedy Gómez założyła okulary, zobaczyła zarysy otoczenia.
10 na 10 pikseli
Implant działa na zasadzie tzw. macierzy Utah – to kwadratowy układ kilkumilimetrowej szerokości z elektrodami, z których każda stymuluje kilka neuronów. Wynalazł go dr Richard Norman z University of Utah w 1997 roku. Działa jako ultra-cienki, elastyczny i biokompatybilny polimer, który łączy ludzki mózg z małym chipem.
Podobne implanty pomogły sparaliżowanym ludziom kontrolować egzoszkieletowe powłoki nieruchomych kończyn czy pisać wiadomości za pomocą myśli. Nad jego ulepszeniem pracują naukowcy w projekcie Neuralink, który za pomocą interfejsu mózg-maszyna ma dać ludziom nowe możliwości.
Kamera osadzona w oprawkach okularów rejestruje pole widzenia i wysyła je do komputera. Komputer przekształca te dane na impulsy elektryczne, które mózg może odczytać, i przesyła je do implantu w mózgu za pomocą przewodu, włączonego do mikroportu w czaszce
Gómez przez pół roku, cztery dni w tygodniu wybierała najlepsze ustawienia i testowała ograniczenia systemu, wykorzystując eksperymentalną technologię do rozpoznawania świateł, liter, kształtów, ludzi. Mimo że rozdzielczość widzenia za pomocą chipa wynosi tylko 10 na 10 pikseli, implant i komputer dały jej nawet możliwość grania w prostą grę wideo.
Więcej szkolenia
Kamera osadzona w oprawkach okularów rejestruje pole widzenia i wysyła je do komputera. Komputer przekształca te dane na impulsy elektryczne, które mózg może odczytać, i przesyła je do implantu w mózgu za pomocą przewodu, włączonego do mikroportu w czaszce.
W oprogramowaniu, które tłumaczy informacje wizualne na kod neuronowy naukowcy wykorzystali uczenie maszynowe.
Implant stymuluje neurony w korze wzrokowej, a mózg interpretuje je jako przychodzące informacje sensoryczne. Otoczenie „widziane” jest w niskiej rozdzielczości w postaci żółtych kropek i kształtów, które użytkownik wynalazku musi się nauczyć rozpoznawać i interpretować jako widziane przedmioty.
Zespół Fernandeza chce swój, póki co niedoskonały system, ulepszać z udziałem pięciu kolejnych niewidomych osób. Badacze mają nadzieję, że za kilka lat będzie można skutecznie przywrócić wzrok wielu niewidomym. Póki co zmagają się z ograniczeniami: elektrody uszkadzają otaczającą tkankę mózgową, a bliznowacenie czyni ją nieużyteczną. Ten problem rozwiązałoby bezprzewodowe urządzenie.
Poza siatkówką
Kamery zamiast oczu nie są nowym pomysłem. Już 20 lat temu w projekcie Artificial Retina, badacze zajmujący się chorobami siatkówki oka zastosowali aparaty video podłączone do elektrod w siatkówce. Testowane przez lata urządzenia doczekały się komercjalizacji – bioniczne oczy, czyli system Argus firmy Second Site, są sprzedawane m.in. w Stanach Zjednoczonych, gdzie korzysta z nich ok. 350 osób. Ten i inne przykłady dążenia naukowców do stworzenia protezy oka opisaliśmy TUTAJ.