Виртуальная реальность и наука

В последнее время технологии,  изначально предназначенные для видеоигр, все чаще используются в науке. Вот, например, в NASA подключили сенсор Xbox One Kinect и шлем Oculus Rift, чтоб управлять робото-рукой. Оператор видит картинку от первого лица – таким образом создается впечатление, что именно он производит действие, которое на самом деле может совершаться в сотнях километров от него. Ниже вы можете посмотреть, как это выглядит в реальности.

Или вот еще новость: технологию Oculus Rift совместили с Virtuix Omni (площадка, конвертирующая бег на месте во взаимодействие с игрой) для симуляции изучения поверхности Марса. Изображения, сделанные марсоходом Curiosity, использовались для создания реальных ландшафтов другой планеты в рамках интерактивного окружения, которое вы можете исследовать с помощью шлема виртуальной реальности. Ведь рано или поздно NASA таки высадят человека на Марс и ничего не сможет подготовить его лучше подобной симуляции. С другой стороны, Oculus Rift Development Kit 2 появился в продаже по довольно низкой цене, так что вряд ли в виртуальной “марсианской гонке” примет участие одно лишь космическое агентство.

Медицина также не является исключением из тех областей науки, куда шагнули игровые технологии. Можно со смешанными чувствами вспоминать Surgeon Simulator, но лучше посмотреть на реальную методику лечения фантомных болей с помощью видеоигр. Об этом порталу Polygon подробно рассказал Макс Ортиз-Каталан.

По большому счету, фантомные конечности и боль, которую они ощущают, остаются загадкой для медицины. Никто не знает, почему человек, потерявший конечность, может ощущать способность управлять ею. Или откуда берутся мышечные колики и жгучая боль в несуществующих придатках.

Max-Ortiz-robotarm2-e1354139465211Однако шведский исследователь все ближе подбирается к открытию методики лечения фантомных болей – а все благодаря экспериментальной мышечно-отображающей терапии. Чтобы заставить мозг поверить в то, что отсутствующая конечность снова на месте, в терапии используются дополненная реальность и игры, в которых надо управлять машиной при помощи отсутствующей руки.

В методике Ортиз-Каталана датчики прикрепляются к месту ампутирования, чтобы фиксировать движения мускул, которые затем передаются в программное обеспечение с открытым кодом, созданное самим автором изобретения. Программа дешифрует полученные данные и преобразует их  в  изображение отсутствующей руки на экране. Далее пациент может использовать привычные сокращения мускул так, как если бы он двигал обычной рукой. В это время на видео в реальном времени будут показаны движения восстановленной руки.

В следующей фазе еженедельной двухчасовой терапии Макс использует те же самые датчики, чтобы пациент отсутствующей рукой мог управлять машиной в игре TrackMania.

Оба вида терапии оказывают огромное влияние на пациента, которому десятки лет приходилось мириться с постоянной болью. В течение всего нескольких недель боли уменьшились, а фантомная конечность, которая ощущалась пациентом как сжатый кулак, значительно расслабилась, дабы соответствовать компьютерному изображению, на котором она изображалась рукой с открытой ладонью. Хотя лечение и работает, причины фантомных болей по-прежнему остаются тайной. Однако, у Ортиз-Каталана на этот счет есть теория.

“Когда у вас ампутирована часть тела, и неважно нос это, грудь или рука, у некоторых людей создается впечатление, что они ей все еще обладают. Кода люди ощущают боль в этой части тела, это называется фантомными болями. Боль может ощущаться как жжение, судорога или неестественный изгиб запястья. Одна из теорий состоит в том, что все дело в коре головного мозга, в которой находятся области, отвечающие за движения и ощущения каждой части тела. Исследователи обнаружили, что при потере конечности соответствующая область перестает использоваться для движения. Происходит реорганизация коры головного мозга, во время которой происходит нечто, причиняющее боль. Мы считаем, что именно эта реорганизация и является источником фантомных болей. ”

fnins-08-00024-g001

Изначально лечение, основанное на данной теории, называлось “зеркальная терапия”. В этом методе использовалась специальная коробка с зеркалом, позволявшим пациенту видеть отсутствующую конечность в совмещенном отражении. Тем самым пациент заставлял свой мозг поверить в то, что конечность снова на месте, значительно сокращая болевые ощущения.

“Вид утраченной конечности, ее движения помогал восстановить кору головного мозга, что избавляло от болей.”

Но у зеркальной терапии есть и свои недостатки. К примеру, она совершенно непригодна для случаев двусторонней ампутации,  когда у людей нет обеих ног. Также в некоторых случаях огромной проблемой может стать создание зеркала правильных размеров и формы.

“В нашей методике вам не обязательно иметь вторую конечность, ведь движение определяется сигналами, идущими с культи. Чтобы терапия работала, вам нужно развивать мускулы на месте ампутации. С помощью дополненной реальности вы увидите себя со стороны, а мы добавим на изображение отсутствующую конечность.”

Другая причина, по которой Ортиз-Каталан использует искусственное воображение, состоит в том, что оно помогает в создании карты фантомных импульсов пациента.

“Первое на что мы обращаем внимание – это чем, согласно ощущениям пациента, он может управлять в утраченной конечности. Кто-то говорит, что может двигать мизинцем, кто-то запястьем. У каждого пациента собственные ощущения. Я прошу их попробовать различные движения, чтобы узнать насколько хорош наш алгоритм в предсказании сигналов.”

u4oqdijdvhckp5lv3xec.0_cinema_960.0

Как только пациенты чувствуют, что система работает корректно, мы просим их сыграть в TrackMania. Ортиз-Каталан решил добавить игры в свою терапию, потому что это увлекательный способ заставить людей делать определенные упражнения.

“Мы просим их играть, используя отсутствующие конечности. В конечном итоге, использование областей мозга, которыми они отвыкли задействовать, помогает восстановить карту головного мозга .”

Хотя Макс и сказал, что он мог бы создать систему, позволившую  играть в более сложные игры вроде Call of Duty, он не думает, что это будет так же полезно как играть в TrackMania.

“Мы считаем, что гоночные игры отлично подходят.  Ведь вы можете легко представить, как вращаете кистью, а машина поворачивается в ответ.”

Система устроена так, что, поворачивая фантомную руку влево или вправо, вы управляете машиной, а сгибая или разгибая локоть, вы разгоняетесь или тормозите соответственно.

Теперь, когда изобретатель закончил первые испытания, он планирует расширить свою методику до клинических испытаний в четырех госпиталях: трех в Швеции и одном в пока неназванном месте. В планах проведение нескольких месяцев испытаний с участием 15–20 пациентов и получение результатов к концу года.

В будущем Ортиз-Каталан надеется внедрить технологию в госпитали по всему миру, и, быть может, в дома людей, чтобы инвалиды смогли проходить курс терапии самостоятельно. Он также считает, что эта методика может быть использована и в других случаях, например при инсультах и повреждениях позвоночника. Макс отмечает, что он открыт для предложений и готов сотрудничать с исследователями по всему миру.

“Эта терапия – инструмент для нервно-мышечной реабилитации. Она делает движения веселым занятием. Представьте, что у вас травма и вам прописано делать 20 вращений плечами ежедневно. Вам запросто может надоесть! Но что было бы с вами, если вместо монотонных упражнений вам было предложено играть в гоночный симулятор?”

Хоть это и не первый раз, когда игры используются для реабилитации, Макс считает свой метод намного более эффективным, чем использование систем захвата движения, вроде тех, что есть в Wiimote, камере PlayStation Eye или Xbox Kinect.

Множество людей пытались использовать Kinect для реабилитации, но они потеряли фокус на выздоровлении и начали просто играть. Это распространенная ситуация, когда пациент старается восстановиться с помощью видеоигр, но впоследствии концентрируется на достижение целей игры, а не на лечении.

Также Ортиз-Каталан отмечает, что системы захвата движений не способны предсказывать движения ампутированной конечности.

“Эти технологии не способны предугадывать движения фантомных конечностей. Нельзя взять “молоток”, и просто решить им все проблемы. Иногда приходится мириться с тем, что для новой проблемы нужны и новые инструменты. ”

“Ничто не обеспечивает
большего чувства погружения,
чем виртуальная реальность”

19 комментариев

  1. DarkCyMPAK

    Прикольная идея, управлять роботом на расстоянии… надо будет такое замутить. =3

    • meow

      хм, симулятор отношений на расстоянии – а это идея!

      • Sobskii

        Это же как сильно развязывает… ээээ…. “пояса” тем кто познакомился в сети.

      • DarkCyMPAK

        Что-то подобное было в Теории большого взрыва с робо-губами и языком. >_>

  2. OMFGNuts

    гут, закину в покет, гляну на СЛОГ, остальное вприцнипе все знаю =-*

  3. Sobskii

    Очень интересно, меня уже давно интересует тематика механизированных протезов, да кибер-панк сильно повлиял. Представляете, через пару, десяток лет, даже у ампутаторов будут целые конечности, только главное что бы не как в одной серии Бетмена Будущего.

    • meow

      все будет как в Deus Ex: Human Revolution

      • Sobskii

        Там тоже не все весело, но всякие апгрейды типа системы Икар и армированные легкие с фильтрами, вот это да. Я бы только за.

  4. Ross

    С одной стороны это очень круто и полезно для медицины и науки. Но вот только насколько далеко это может зайти? Хоть и большой фанат подобной тематики, но до сих пор не могу ответить на вопрос – стал бы я аугментировать себя… Сложно

    • meow

      тут же не предлагается ставить улучшающие импланты в здоровое тело. это больше о методиках выздоровления и реабилитации

      • Ross

        Ну это понятно. Я просто уже рассуждаю на десятки лет вперед – насколько далеко это может зайти. Что помешает здоровому человеку отрубить себе руку и поставить более крутую =))))
        Просто я вот реально начал об этом задумываться, когда Google (а точнее их компания Calico) рассказали про свои попытки победить старость =)

      • weitergeo

        Давайте фантазировать дальше, и придумаем, что внутренние органы можно будет заменить на более эффективными, и которые будут занимать меньше места, чем оригинальные. Соответственно освободится больше места под, например, батарею. Или ПеКа, там, встроить.

      • Ross

        Ага, но ведь можно еще увеличить и тело, чтобы освободить еще больше места и вставить более мощную батарею или ПеКа

      • Kao

        Кстати именно тут встает вопрос: “Где заканчивается наше определение понятия “человек” и начинается понятие “киборг” ?”. В Сколково, одной из тем на конференции “Эстетические аспекты робототехники” поднимали именно эту проблему.

      • weitergeo

        Мозги свои, размножаться можешь — человек.

      • Kao

        Обидно тем ЛЮДЯМ у которых с размножением “проблемы” – они по врачам ходят, а ты их из хомо сапиенс выгнал только что. Плюс “свои” мозги тоже понятие очень расплывчатое…
        Я думаю дяденьки-профессора не зря со всех концов света съезжаются, всякие конференции организовывают, дабы подобные вопросы решать,

    • weitergeo

      Сейчас еще нельзя говорить, что искусственные конечности и органы могут в ближайшее время не то что перегнать, но и хотя бы сравняться по функционалу с “родными”. Хотя сейчас уже есть небольшие подвижки: вспомните спортсмена Оскара Писториуса, который с обоими ампутированными ногами победил сначала на Паралимпийских играх в Афинах в 2004 году, а потом уделал и здоровых спортсменов на Олимпиаде 2012 года в Лондоне. Последним, кстати, вызвал сильнейшую попоболь у этих самых спортсменов. Чего только стоит фраза: «Вы ещё приделайте ему электромотор!»)

      • Ross

        О как, круто, за инфу про Оскара спасиб, не знал =)

  5. Бегуший с воплем

    Будущее уже здеся. Но не для меня.