Новосибирские студенты разработали прототип системы считывания сигналов с тела

Разработка студентов НГУ позволит значительно улучшить управление протезом, сделав его более естественным, быстрым и интуитивным, подобно управлению собственной рукой. Прототип системы способен анализировать и объединять сигналы, поступающие от тела человека с помощью методов электромиографии (ЭМГ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ), чтобы точно определить, какое движение пользователь намеревается совершить.

Большинство современных коммерческих протезов управляются довольно просто: человек напрягает одну или две мышцы предплечья, и протез реагирует на эти действия по заранее заданной схеме. По сути, это не полноценное «движение, как своей рукой», а переключение режимов через сокращение и расслабление мышц. Но тело человека генерирует гораздо больше информации о намерении движения, чем используется в таких системах. «Мы хотим увеличить количество каналов и выявить варианты возможности считывания других данных с человеческого тела с использованием ЭЭГ. Это представляется нам важным, поскольку сама мысль совершить то или иное движение рождается именно в головном мозге человека. В любом случае, чем больше каналов будет задействовано в передаче сигналов, тем больше поступит данных и появится больше возможностей их интерпретации», — рассказал студент магистратуры ФИТ НГУ Александр Сартаков.

Молодые ученые намерены задействовать от 6 до 18 каналов, передающих сигналы с руки пользователя протеза. При этом предполагается учитывать не только сам факт напряжения определенных мышц-антагонистов, но и его силу (интенсивность), что будет отражаться и на действиях устройства: например, станет возможным неполное сгибание или разгибание пальцев в той мере, которая требуется пользователю.

Усовершенствованию бионических протезов будет способствовать и задействование датчиков, считывающих сигналы головного мозга методом ЭЭГ. «Мы ознакомились с уже существующими исследованиями корреляции сигналов, возникающими в головном мозге, с движением конечности, поскольку изначально интенция на него возникает именно в центральной нервной системе. Ученые выявили прямую корреляцию между импульсом и движением определенной части тела. Была получена полная картина интенции движения. Имея представление о ней, мы можем считать в головном мозге пользователя импульс, направленный, например, на движение одного пальца протеза руки. На основе этого мы и построили свое дальнейшее исследование», — пояснил студент магистратуры ФИТ НГУ Павел Бортников.

Снятие сигналов обоими методами и преобразование их в движение расширит возможности системы, создаваемой молодыми учеными. С применения метода ЭМГ будет считываться сигнал с мышц руки, который прошел через тело из головного мозга, а посредством ЭЭГ можно будет «считывать» сигнал непосредственно с головного мозга мгновенно — еще до того момента, как он приходит в конечность к мышце.

Устройство для снятия показаний ЭЭГ, по замыслу разработчиков, будет представлять собой шапочку, в которой установят сухие электроды. Другой набор датчиков для фиксации сигналов ЭМГ непосредственно с мышц конечности будет закреплен на плотно прилегающей эластичной ткани, которая, подобно широкому браслету, надевается на руку. Эти два компонента системы считывания сигналов станут собирать информацию и передавать на вычислительный модуль. Предполагается, что вычислительным модулем в текущей концепции может стать некоторое устройство, способное с достаточно высокой скоростью обрабатывать нейросети. Создателями устройства рассматривается возможность вынести этот вычислительный блок на смартфон.

На создание прототипа системы потребуется 2-3 года, но изначально молодым исследователям необходимо выяснить, пригодна ли она для использования на открытой местности, а не в лабораторных условиях.