Kaip Veikia „Brainport“

{h1}

„brainport“ yra prietaisas, perduodantis vaizdą į regėjimo negalią turintiems žmonėms. Sužinokite, kaip tai veikia.

Akla moteris sėdi ant kėdės, laikydama vaizdo kamerą, nukreiptą į priešais save sėdintį mokslininką. Ji turi prietaisą burnoje, liečiantį liežuvį, ir iš to prietaiso į vaizdo kamerą eina laidai. Moteris nuo pat gimimo buvo akla ir iš tikrųjų nežino, kaip atrodo guminis rutulys, tačiau mokslininkas jį laiko. Ir staiga pasukusi ją jos kryptimi, ji ištiesia ranką, kad sustabdytų. Akla moteris pamatė kamuolį. Per jos liežuvį.

Na, ne tiksliai per liežuvį, bet prietaisas, esantis jos burnoje, vizualiai įvestas per liežuvį panašiai, kaip matantys asmenys vaizdinį įnašą gauna per akis. Abiem atvejais pirminis jutimo įvesties mechanizmas - liežuvis ar akys - vaizdinius duomenis perduoda smegenims, kur šie duomenys yra apdorojami ir aiškinami formuojant vaizdus. Apie ką mes čia kalbame elektrocheminė stimuliacija jutimų padidinimui ar pakeitimui, tyrimo sritis, apimanti užšifruotos elektros srovės naudojimą jutiminei informacijai - informacijai, kurios žmogus negali gauti tradiciniu kanalu - pateikti, ir tą srovę tepti odai, kuri perduoda informaciją smegenims. Tada smegenys išmoksta tą jutiminę informaciją interpretuoti taip, tarsi ji būtų siunčiama tradiciniu tokių duomenų kanalu. Septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose šis procesas buvo novatoriški sensorinių pakeitimų tyrimai Smith-Kettlewell institute, kuriam vadovavo Paulius Bach-y-Rita, MD, Viskonsino universiteto ortopedijos, reabilitacijos ir biomedicinos inžinerijos profesorius., Madison. Dabar tai yra „Wicab“ „BrainPort“ technologijos pagrindas (dr. Bach-y-Rita taip pat yra vyriausiasis mokslininkas ir „Wicab“ valdybos pirmininkas).

Daugelis iš mūsų yra susipažinę su vieno jausmo padidinimu ar pakeitimu kitu. Akiniai yra tipiškas jutimo padidinimo pavyzdys. Brailio raštas yra tipiškas sensorinio pakeitimo pavyzdys - tokiu atveju jūs naudojate vieną jutimą, lytėjimą, kad gautumėte informaciją, paprastai skirtą kitam pojūčiui, regėjimui. Elektrotaktilė stimuliacija yra aukštesniųjų technologijų metodas gauti šiek tiek panašius (nors labiau stebinančius) rezultatus, ir jis grindžiamas idėja, kad smegenys gali interpretuoti jutiminę informaciją, net jei ji nėra teikiama per „natūralų“ kanalą. Dr Bach-y-Rita sako:


... mes nematome akimis; optinis vaizdas neviršija tinklainės, kur jis paverčiamas erdviniais ir laikiniais nervų modeliais [impulsai] išilgai regos nervo skaidulų. Tada smegenys atkuria vaizdus iš impulsų modelių analizės.

Keli kanalai, kurie, pavyzdžiui, perduoda jutiminę informaciją į smegenis, pavyzdžiui, iš akių, ausų ir odos, yra išdėstyti panašiai, kad galėtų atlikti panašią veiklą. Visa jutiminė informacija, siunčiama į smegenis, yra nešiojama nervinės skaidulos formoje impulsų modeliai, ir impulsai interpretacijai baigiasi skirtingais jutimo smegenų centrais. Norėdami pakeisti vieną jutiminį įvesties kanalą kitu, turite teisingai koduoti nervinius jutimo įvykio signalus ir perduoda juos į smegenis per alternatyvų kanalą. Smegenys atrodo lanksčios aiškindamos juslinį įvestį. Galite išmokyti skaityti įvestį iš, pavyzdžiui, lytėjimo kanalo, kaip vaizdinę ar balansinę informaciją, ir atitinkamai veikti. „JS Online“ leidinyje „Įrenginys gali būti naujas kelias į smegenis“, Viskonsino universiteto biomedicinos inžinierius ir „BrainPort“ technologijos bendradarbis Mitchas Tyleris teigia: „Tai yra puiki paslaptis, kaip šis procesas vyksta, tačiau smegenys gali tai padaryti, jei jūs suteikti jai reikiamą informaciją “.

Kitame skyriuje atidžiau panagrinėsime elektrotakinės stimuliacijos sąvokas.

Vibracija

Elektra nėra vienintelis stimuliacijos tipas, naudojamas aukštųjų technologijų sensoriniams pakaitiniams įtaisams. Yra prietaisų, kurie naudoja „vibrotactile“ stimuliacijabe kitų priemonių, perduoti alternatyvų jutiminį kanalą informacijai smegenims. Vibrotaktile stimuliuojančiame prietaise užkoduoti jutimo signalai ant odos uždedami vienu ar keliais vibruojančiais kaiščiais. „Tactaid“, garsinis pakaitalas, naudoja tokio tipo technologijas.

Elektrocheminio stimuliavimo sąvokos

Jautrumo pakeitimo elektrotaktilės stimuliacija darbe yra sudėtinga, be to, jos įgyvendinimo mechanika nėra tokia pati. Idėja yra perduoti neliestą informaciją elektriniu būdu stimuliuojant lytėjimo pojūtį. Praktiškai tai paprastai reiškia, kad elektrodų masyvas, gaunantis duomenis iš netaktilinio informacijos šaltinio (pavyzdžiui, fotoaparato), odai tiksliai kontroliuoja, kontroliuoja neskausmingą srovę (kai kurie tiriamieji praneša, kad ji jaučia kažką panašaus į soda burbuliukus). vietos pagal užkoduotą modelį. Elektrinio modelio kodavimas iš esmės bando imituoti įvestį, kurią paprastai gautų neveikiantis pojūtis. Taigi, fotoaparato renkami šviesos modeliai, formuojantys vaizdą, pakeičiantys akių suvokimą, yra paverčiami elektriniais impulsais, vaizduojančiais tuos šviesos modelius. Kai užšifruoti impulsai tepami ant odos, oda iš tikrųjų gauna vaizdo duomenis. Pasak Dr. Kurto Kaczmareko, „BrainPort“ technologijos išradėjo ir Viskonsino universiteto Ortopedijos ir reabilitacijos medicinos katedros vyresniojo mokslininko, kas nutiks, kad „poodiniame audinyje sukuriamas elektrinis laukas tiesiogiai sužadina aferentinius nervų pluoštus, atsakingus už normalią normalią, mechaniniai lytėjimo pojūčiai “. Tos nervinės skaidulos perduoda savo vaizduojamuosius jutiklinius signalus į liečiamąją-jutiminę smegenų žievės sritį, parietalinė skiltis.

Šis turinys šiame įrenginyje nesuderinamas.

Užveskite pelę virš smegenų dalių etikečių, kad pamatytumėte, kur tos dalys yra.

Įprastomis aplinkybėmis parietalinė skiltis gauna liečiamąją informaciją,

laikinė skiltis gauna klausomąją informaciją, pakaušio skiltis gauna

regėjimo informacija ir smegenėlės gauna informaciją apie balansą.

(Priekinė skiltis yra atsakinga už visų rūšių aukštesnes smegenų funkcijas,

o smegenų kamienas jungia smegenis su nugaros smegenimis.)

Šioje sistemoje elektrodų matricos gali būti naudojamos neliestinei informacijai perduoti keliais į smegenis, paprastai naudojamas su liečiamaisiais impulsams. Šiuo metu tai gana populiari studijų sritis, todėl tyrėjai ieško begalinių būdų, kaip panaudoti akivaizdų smegenų norą prisitaikyti prie kryžminių jutimų. Mokslininkai tiria, kaip naudoti elektrotakinę stimuliaciją, kad jutiminė informacija būtų teikiama sutrikusio regėjimo, klausos, pusiausvyros sutrikimams ir tiems, kurie dėl nervų pažeidimo prarado prisilietimo jausmą tam tikrose odos vietose. Vienas ypač žavus tyrimų aspektas yra susijęs su tuo, kaip kiekybiškai įvertinti tam tikrą jutiminę informaciją atsižvelgiant į elektrinius parametrus, kitaip tariant, kaip perteikti „lytėjimo raudonumą“ naudojant elektros savybes.

Tai mokslinio tyrimo sritis, gyvuojanti beveik šimtmetį, tačiau per pastaruosius kelis dešimtmečius ji pakilo. Miniatiūrizuota elektronika ir vis galingesni kompiuteriai pavertė tokio tipo sistemas realia rinkos realybe, o ne tiesiog įspūdinga laboratorine demonstracija. Įeikite į „BrainPort“ - prietaisą, kuris naudoja elektrotaktilinę stimuliaciją, norėdamas perduoti smegenims neliestą jutiminę informaciją. „BrainPort“ naudoja liežuvis kaip pakaitinis jutiminis kanalas. Kitame skyriuje pateksime į „BrainPort“.

„BrainPort“

„BrainPort“ balanso įtaisas

„BrainPort“ balanso įtaisas

Bent jau nuo 1900-ųjų pradžios mokslininkai tyrinėjo elektrotakinį vaizdinės informacijos pateikimą. Šie tyrimo parametrai paprastai buvo naudojami fotoaparatu, norint nustatyti srovės lygius elektrodų matricai, kuri erdvėje atitiko fotoaparato šviesos jutiklius. Asmuo, palietęs matricą, galėjo vizualiai suvokti objekto, į kurį buvo nukreipta kamera, formą ir erdvinę orientaciją. „BrainPort“ remiasi šia technologija ir, be abejo, yra supaprastinta, valdoma ir jautri nei sistemos, kurios buvo prieš tai.

Visų pirma, „BrainPort“ naudoja liežuvis vietoje pirštų galiukų, pilvo ar nugaros, kurias naudoja kitos sistemos. Liežuvis yra jautresnis nei kitos odos vietos - nervinės skaidulos yra arčiau paviršiaus, jų yra daugiau ir nėra stratum corneum (išorinio negyvų odos ląstelių sluoksnio), kuris veiktų kaip izoliatorius. Norint stimuliuoti liežuvio nervų skaidulas, reikalinga mažesnė įtampa - nuo 5 iki 15 voltų, palyginti su 40–500 voltų tokiose vietose kaip pirštų galiukai ar pilvas. Taip pat seilėse yra elektrolitų, laisvųjų jonų, kurie veikia kaip elektros laidininkai, todėl padeda palaikyti srovės srautą tarp elektrodo ir odos audinio. O smegenų žievės sritis, interpretuojanti liežuvio duomenis iš liežuvio, yra didesnė nei plotai, aptarnaujantys kitas kūno dalis, todėl liežuvis yra natūralus pasirinkimas liečiant lytėjimo duomenis smegenims.

Šiuo metu „Wicab“ siekia FDA patvirtinimo dėl pusiausvyros korekcija „BrainPort“ programa. Žmogui, kurio pažeista vestibulinė sistema, bendras vidinėse ausyse prasidedantis pusiausvyros mechanizmas, pusiausvyros pojūtis yra menkas arba jo visai nėra - sunkiais atvejais jam gali tekti sugriebti sieną, kad jis atsidurtų koridoriuje, arba jis negali visai vaikščioti. Kai kurie vidinės ausies sutrikimai apima dvišalius vestibuliarinius sutrikimus (BVD), akustinę neuromą ir Meniere'o ligą, o pusiausvyros pojūtį taip pat gali paveikti bendros ligos, tokios kaip migrena ir insultai. „BrainPort“ pusiausvyros įtaisas gali padėti pusiausvyros problemų turintiems žmonėms permokyti smegenis aiškinti pusiausvyros informaciją, gaunamą ne iš vidinės ausies, o iš liežuvio.

Kaip veikia „BrainPort“: veikia

„BrainPort“ balanso komponentai supaprastinti

An akselerometras yra įtaisas, kuris, be kita ko, matuoja pasvirimą svorio traukos atžvilgiu. Akselerometras, esantis 10–10 elektrodų masyvo apačioje, per ryšio grandinę perduoda duomenis apie galvos padėtį į CPU. Kai galva pakreipiama į dešinę, centrinis procesorius gauna „teisingus“ duomenis ir siunčia signalą, nurodantį elektrodų matricą, kad srovė būtų dešinėje dėvinčiojo liežuvio pusėje. Kai galva pakreipta į kairę, prietaisas sukimba kairėje liežuvio pusėje. Kai galva yra lygi, „BrainPort“ siunčia impulsą į liežuvio vidurį. Po kelių seansų su prietaisu tiriamojo smegenys pradeda reaguoti į signalus, kurie rodo galvos padėtį - pusiausvyros informaciją, kuri paprastai gaunama iš vidinės ausies, o ne tik liečiamąją informaciją.

Wicab 2005 m. Atliko klinikinį tyrimą su svarstyklių prietaisu, kuriame dalyvavo 28 tiriamieji, sergantys dvišaliais vestibuliariniais sutrikimais (BVD). Po treniruotės „BrainPort“, visi tiriamieji tam tikrą laiką atgavo pusiausvyros jausmą, kartais iki šešių valandų po kiekvienos 20 minučių trukusios „BrainPort“ sesijos. Jie galėjo kontroliuoti savo kūno judesius ir stabiliai vaikščioti įvairiomis sąlygomis, naudodamiesi normalia eisena ir kontroliuodami smulkiąją motoriką. Jie patyrė raumenų atsipalaidavimą, emocinę ramybę, pagerėjo regėjimas ir gylio suvokimas bei normalizavosi miego įpročiai.

Kitame skyriuje apžvelgsime „BrainPort“ regėjimo įrenginį.

„BrainPort Vision“ įrenginys

„BrainPort“ vizijos komponentų prototipas supaprastintas

„BrainPort“ vizijos komponentų prototipas supaprastintas

Bandymo rezultatai Regėjimo įrenginys „BrainPort“ yra ne mažiau džiuginantys, nors Wicab dar neatliko oficialių klinikinių tyrimų su sąranka. Remiantis Vašingtono universiteto Oftalmologijos katedros duomenimis, vien JAV 100 milijonų žmonių kenčia nuo regėjimo. Tai gali būti susijusi su amžiumi, įskaitant kataraktą, glaukomą ir geltonosios dėmės degeneraciją, atsirandančius dėl ligų, tokių kaip trachoma, diabetas ar ŽIV, arba dėl akių traumos dėl nelaimingo atsitikimo. „BrainPort“ gali suteikti regėjimo negalią turintiems žmonėms riboto regėjimo formą.

Gaminti lytėjimo matymas„BrainPort“ naudoja kamerą vaizdiniams duomenims fiksuoti. Fotoaparato renkama optinė informacija - šviesa, kuri paprastai paveiktų tinklainę - yra skaitmeninės formos, o ji naudoja radijo signalus, norėdama nusiųsti tuos, kurie yra nulis, ir CPU, kad užkoduotų. Kiekvienas fotoaparato šviesos jutiklyje esantis vaizdo elementų rinkinys atitinka elektrodą masyve. Centrinis procesorius vykdo programą, kuri fotoaparato elektrinę informaciją paverčia erdvėje užkoduotu signalu. Koduojamas signalas parodo taškų duomenų skirtumus kaip impulsų charakteristikų, tokių kaip dažnis, amplitudė ir trukmė, skirtumus. Informacija apie daugialypį vaizdą gali būti impulsų srovės ar įtampos variacijos, impulsų trukmė, intervalai tarp impulsų ir impulsų skaičius pliūpsnyje, be kitų parametrų. Pagal JAV patentą 6430450, licencijuotą „Wicab“ naudoti „BrainPort“ programą:


Tiek, kiek išmokytas vartotojas gali tuo pačiu metu atskirti šias amplitudės, pločio ir dažnio charakteristikas, impulsai gali perteikti daugiamatę informaciją taip, kaip akis suvokia spalvą nuo nepriklausomų skirtingų spalvų receptorių stimuliacijos.

Elektrodų matrica gautą signalą gauna per stimuliacijos schemą ir pritaiko jį liežuviui. Smegenys galų gale išmoksta aiškinti ir naudoti iš liežuvio gaunamą informaciją taip, tarsi ji ateitų iš akių.

Po mokymų atlikti laboratorinius tyrimus, aklieji tiriamieji sugebėjo suvokti tokius regėjimo bruožus kaip grėsmė, gylis, perspektyva, dydis ir forma. Tiriamieji vis dar galėjo jausti savo liežuvio impulsus, tačiau jie taip pat galėjo suvokti vaizdus, ​​kuriuos smegenys sukuria iš tų impulsų. Tiriamieji objektus suvokė kaip priešais esančius, esančius atskirai nuo savo kūno. Jie galėjo suvokti ir atpažinti abėcėlės raides. Vienu atveju, kai aklas alpinistas Erikas Weihenmayeris išbandė prietaisą, jis sugebėjo surasti savo žmoną miške. Vienas iš labiausiai paplitusių klausimų šiuo metu yra: „Ar jie tikrai mato?“ Viskas priklauso nuo to, kaip apibrėžiate viziją. Jei matymas reiškia, kad „T“ raidę galite identifikuoti kur nors už savęs, pajuskite, kada „T“ tampa didesnė, mažesnė, keičiasi orientacija ar tolsta toliau nuo savo kūno, tada jie tikrai mato. Viename tyrime, kuriame buvo atliktas įgimtų aklų asmenų PET smegenų skenavimas, kol jie naudojosi regos aparatu „BrainPort“, nustatyta, kad po kelių „BrainPort“ sesijų tiriamųjų smegenų regos centrai užsidegė, kai vaizdinė informacija į smegenis buvo siunčiama per liežuvį. Jei „matymas“ reiškia, kad smegenų žievės regos centre yra veikla, tada aklieji tikrai mato.

„BrainPort“ testo rezultatai šiek tiek stebina ir verčia daugelį domėtis šios technologijos taikymo sritimi. Kitame skyriuje pamatysime, kurioms „BrainPort“ programoms „Wicab“ šiuo metu skiria didžiausią dėmesį klinikiniuose tyrimuose, kokias kitas programas ji numato technologijai ir kaip arti jos gali komerciškai išleisti vartotojams patogią įrenginio versiją.

Dabartinės ir galimos programos

„BrainPort“ balanso įrenginys

„BrainPort“ balanso įrenginys

Nors visas „BrainPort“ programų spektras dar nėra sukurtas, prietaisas gali sumažinti daugybę jutimo galimybių ir palengvinti įvairių sutrikimų simptomus. Tik keletas dabartinių ar numatomų medicinos programų apima:

  • regos negalią turinčių asmenų regėjimo elementų teikimas
  • teikiant sensorinį-motorinį treniruotę pacientams, patyrusiems insultą
  • teikiant lytėjimo informaciją nervų pažeidimą turinčiai kūno daliai
  • palengvina pusiausvyros, laikysenos ir stabilumo problemas bei raumenų tvirtumą žmonėms, turintiems pusiausvyros sutrikimų ir Parkinsono ligą
  • gerinant sensorinės informacijos integraciją ir aiškinimą autistais žmonėmis

Be medicininių programų, „Wicab“ tyrė galimą karinį naudojimą gavusi Gynybos pažangiųjų tyrimų projektų agentūros (DARPA) dotacijas. Bendrovė ieško povandeninių programų, kurios galėtų suteikti „Navy SEALs“ navigacijos informaciją ir orientacijos signalus tamsiame, miglotame vandenyje (tokio tipo sąranka galų gale galėtų rasti didelę komercinę rinką su pramoginiais SCUBA nariais). „BrainPort“ elektrodai gautų įvestį iš sonaro įtaiso, kad pateiktų ne tik krypties ženklus, bet ir vizualinį kliūčių bei reljefo pojūtį. Karinės navigacijos programos gali būti naudojamos kariams lauke, kai radijo ryšys yra pavojingas ar neįmanomas arba kai jų akys, ausys ir rankos reikalingi kitiems dalykams valdyti - daiktams, kurie gali susprogdinti. „BrainPort“ taip pat gali suteikti išplėstinės informacijos kariniams pilotažams, pavyzdžiui, pulso ant liežuvio, kad parodytų artėjančius orlaivius arba nurodytų, kad jie privalo nedelsdami imtis veiksmų. Treniruotės metu jų liežuvio pulsas gali sukelti greitesnį reakcijos laiką nei regimasis užuomina iš šviesos prietaisų skydelyje, nes regimąjį užuominą turi apdoroti tinklainė, prieš perduodama ją smegenims aiškinti.

Kitos galimos „BrainPort“ programos apima robotų chirurgiją. Chirurgas dėvėtų elektrotechnines pirštines, kad iš robotų zondų būtų galima liesti taktilinį indėlį kažkieno krūtinės ertmėje. Tokiu būdu chirurgas galėjo jausti ką jis daro kontroliuodamas robotinę įrangą. Lenktyninių automobilių vairuotojai gali naudoti „BrainPort“ versiją, kad išmokytų smegenis greičiau reaguoti, o žaidėjai gali naudoti elektrotakines pirštines ar valdiklius jausti ką jie veikia vaizdo žaidime. Žaidimų „BrainPort“ taip pat galėtų naudoti lytėjimo matymo procesą, kad leistų žaidėjams suvokti papildomą informaciją, kuri nerodoma ekrane.

Šiuo metu „BrainPort“ vykdo antrą klinikinių tyrimų etapą, nes jis veikia savo kelią per FDA balansavimo prietaiso patvirtinimo procesą. Kompanija vertina komercinį išleidimą 2006 m. Pabaigoje. Apytiksliai apskaičiuota pardavimo kaina bus 10 000 USD už vienetą.

Jau labiau supaprastintas nei bet kuris ankstesnis nustatymas, naudojant sensorinį pakeitimą naudojant elektrotaktilinę stimuliaciją, „BrainPort“ ateityje save įsivaizduoja dar mažesnį ir mažiau įkyrų. Balansavimo įtaiso atveju visa rankinėje sistemos dalyje esanti elektronika gali tilpti į atsargų kandiklį. Į dantų laikiklius panašų bloką turėtų akumuliatorius, elektrodų rinkinys ir visa mikroelektronika, reikalinga signalo kodavimui ir perdavimui. „BrainPort“ matymo įtaiso atveju elektronika gali būti visiškai įmontuota į akinių porą kartu su mažu fotoaparatu ir radijo siųstuvu, o kandiklyje būtų radijo imtuvas, kuris galėtų priimti užkoduotus signalus iš akinių. Tai nėra tiksliai lusto sistema, bet duokite jai 20 metų - galbūt tada fotoaparatą pamatysime ryžių grūdo dydžio, įterpto į žmonių kaktą.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie „BrainPort“ ir susijusias temas, peržiūrėkite nuorodas kitame puslapyje.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Pirmojo Pasaulinio Karo Skrydis
Pirmojo Pasaulinio Karo Skrydis

Nauja Kino Terpė Įtraukia Visus Jausmus
Nauja Kino Terpė Įtraukia Visus Jausmus

Mokslas Naujienos


Ar Galima Išgelbėti Pasaulyje Labiausiai Grėsmingą Gentį?
Ar Galima Išgelbėti Pasaulyje Labiausiai Grėsmingą Gentį?

Dviguba Dozė: Dvi Vėjaraupių Vakcinos Dozės Yra Geresnės Nei Viena
Dviguba Dozė: Dvi Vėjaraupių Vakcinos Dozės Yra Geresnės Nei Viena

Ar Tikrieji Aukštaičiai Atsistos? (Infografija)
Ar Tikrieji Aukštaičiai Atsistos? (Infografija)

Koks Didžiausias Kruizinis Laivas Pasaulyje?
Koks Didžiausias Kruizinis Laivas Pasaulyje?

Neįprastai Karštas Ar Šaltas Oras Gali Paveikti Kūdikio Svorį
Neįprastai Karštas Ar Šaltas Oras Gali Paveikti Kūdikio Svorį


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com