První klinická demonstrace nového mozko‑strojového rozhraní od čínských vědců umožnila ochrnutému pacientovi ovládat roboty – od invalidního vozíku až po mobilní asistenty – čistě silou myšlenek. Tento průlom, který nepotřebuje rozsáhlé implantáty jako jiné systémy, otevírá novou kapitolu v technologii, jež dává lidem s těžkým postižením dosud nevídanou autonomii.
Pokrok v oblasti rozhraní mezi mozkem a strojem, který se nachází na pomezí vědy a science fiction, je jednou z nejzajímavějších a nejnadějnějších oblastí lékařských technologií posledních desetiletí. Titulkům novin zatím dominují jména jako Elon Musk a jeho projekt Neuralink. Nová studie zveřejněná Čínskou akademií věd však učinila krok, který někteří odborníci považují za ještě působivější: umožnila ochrnutému člověku ovládat myšlenkami nejen počítač, ale i celé roboty, aniž by k tomu potřeboval fyzické pohyby.
Tento úspěch není jen technologickým výstřelkem: představuje evoluci v tom, jak můžeme snížit bariéru mezi myslí a fyzickým světem, nabízí skutečné možnosti pro lidi s těžkým pohybovým postižením a nově definuje způsob, jakým komunikujeme se stroji. To, co bylo donedávna spojováno s vědeckofantastickými filmy – lidé, kteří pohybují robotickými pažemi nebo řídí vozidla pouhou myšlenkou – se začíná prosazovat jako klinický a technologický nástroj se zcela konkrétním využitím.
Čeho přesně bylo dosaženo
Studie, která vychází z dlouholeté práce v oblasti počítačové neurovědy, záznamů mozkové aktivity a pokročilé robotiky, ukazuje, že ochrnutý člověk může ovládat složité roboty pouze pomocí elektrických signálů ze svého mozku. Tato technologie se opírá o neinvazivní nebo minimálně invazivní rozhraní (v závislosti na nastavení studie), které zachycuje nervovou aktivitu přímo z mozkové kůry a převádí ji na jasné příkazy pro robotické systémy.
V praxi to znamená, že systém dokáže interpretovat mentální záměry, jako například „pohni rukou“, „uchop předmět“ nebo „změň směr“, a převést je na příkazy proveditelné robotem v reálném čase. Nejde jen o to něco zapnout nebo vypnout, ale o řízení souvislých a koordinovaných pohybů s různými stupni volnosti podobně, jako by zdravé osoby ovládaly své vlastní tělo.
Průlom byl testován na pacientovi, 28letém Zhangovi, který byl v důsledku nehody ochrnutý od krku dolů. Na videu je vidět, jak ovládá invalidní vozík a také nákupního robota a vykonává úkoly, které by v každodenním životě znamenaly rozdíl mezi tím, zda je člověk neustále závislý na jiné osobě, nebo zda je schopen vykonávat základní činnosti samostatně.
Jak se liší od Neuralinku a jiných rozhraní
Projekty, jako je Neuralink, ukázaly rozhraní mozek-počítač schopné pomoci ochrnutým lidem psát zprávy na obrazovku nebo pohybovat kurzorem pomocí myšlenek. Například v roce 2024 Neuralink ukázal pacienta, který hrál šachy a psal na počítači pouze pomocí mozkové aktivity, a to díky implantátu s tisíci elektrodami umístěnými přímo v motorické kůře mozku. Čínský průlom však jde z několika důvodů dál:
- Účastník studie byl schopen ovládat roboty s více stupni volnosti (např. invalidní vozík a mobilního asistenčního robota), místo aby se omezil na kurzor nebo aplikaci. To zahrnuje interpretaci mnohem rozmanitějších a přesnějších signálů z mozku a koordinaci pohybů v trojrozměrném prostoru.
- Méně invazivní přístup: Zatímco Neuralink spoléhá na intrakraniální implantáty, které vyžadují operaci mozku, čínský systém zkoumá neinvazivní nebo minimálně invazivní konfigurace, což potenciálně snižuje chirurgická rizika a usnadňuje přijetí v nemocnicích s menšími zdroji.
- Integrace s pokročilou robotikou: Systém nejen interpretuje izolované myšlenky, ale integruje je s fyzickými senzory zpětné vazby a generuje komplexní akce, které vyžadují časoprostorovou koordinaci, jako je pohyb robotické paže při vyhýbání se překážce nebo uchopení předmětu s odpovídající silou.
I když se konkrétní detaily zařízení liší v závislosti na podmínkách pacienta, cílem tohoto přístupu je rozhraní, které nevyžaduje intenzivní operaci mozku, což může být z dlouhodobého hlediska dostupnější a bezpečnější. Tento rozdíl je klíčový: hluboké implantáty sice nabízejí čistší a přesnější signál, ale zároveň s sebou nesou rizika infekce, zjizvení tkáně a nutnosti pravidelné výměny. Systém, který dosahuje dobrého výkonu s minimálním zásahem, by bylo možné snáze rozšířit na tisíce pacientů.
Od myšlenky k pohybu robota
Představte si, že mozek je centrála signálů. Pokaždé, když chceme pohnout prstem nebo promyslet nějaký záměr, miliony neuronů se spustí ve specifických vzorcích. Tyto vzorce jsou jako „elektrické podpisy“, které, pokud jsou správně přečteny, prozrazují, co chce člověk udělat.
Autoři vyvinuli algoritmy, které jsou schopny tyto vzory číst a mapovat je přímo na konkrétní akce robota. V případě účastníka studie zachycují senzory aktivitu mozku z povrchu (například prostřednictvím elektrod umístěných na skalpu nebo tvrdé pleny mozkové) nebo z minimálně invazivních implantovaných elektrod. Trénované neuronové sítě pak tuto aktivitu dekódují a převádějí ji na robotické instrukce. Zjednodušeně řečeno, proces probíhá v několika krocích:
- Zachycení signálu: elektrické změny generované neurony jsou zaznamenány, když si osoba představuje nebo se pokouší provést pohyb (například pohyb ruky doprava).
- Filtrování a čištění: mozkové signály jsou velmi slabé a smíšené s šumem (blikání, srdeční tep, elektrické rušení). K izolaci relevantních informací se používají matematické filtry.
- Dekódování pomocí umělé inteligence: modely strojového učení – zejména hluboké neuronové sítě – se učí spojovat určité vzorce mozkové aktivity s konkrétními příkazy, jako je „jdi“, „otoč se“, „otevři úchop“ nebo „zastav“.
- Řízení robota: systém převádí tyto příkazy na konkrétní pohyby robota nebo vozíku a v reálném čase upravuje rychlost, směr a sílu.
- Zpětná vazba a adaptace: při používání se přizpůsobuje jak algoritmus, tak mozek pacienta. Systém se rekalibruje, aby se zlepšila přesnost, a uživatel se naučí lépe modulovat své myšlenky, aby dosáhl požadovaného výsledku.
Je to proces v podstatě podobný učení se jazyku mezi lidským mozkem a strojem. Zpočátku je komunikace neohrabaná a omezená, postupem času se stává plynulejší a přirozenější.
Od prvních experimentů k pečujícím robotům
Přestože je tento čínský průlomový objev zarážející, nepřichází zčistajasna. Od počátku roku 2000 projekty, jako je BrainGate ve Spojených státech, prokázaly, že ochrnutí lidé mohou pomocí mozkových implantátů pohybovat kurzorem nebo robotickou rukou. Například v roce 2012 dokázal pacient s kvadruplegií pomocí rozhraní mozek-stroj implantovaného do motorické kůry používat robotickou ruku k pití z láhve. Současná práce se odlišuje kombinací několika prvků:
- Větší výpočetní výkon: dnešní algoritmy umělé inteligence mohou zpracovávat velké objemy dat v reálném čase, což bylo před deseti lety mnohem omezenější.
- Sofistikovanější roboti: dnešní robotické platformy mají mnohem přesnější senzory, kamery a aktuátory, což umožňuje provádět složité úkoly, jako je autonomní navigace, manipulace s křehkými předměty nebo bezpečná interakce s lidmi.
- Lepší porozumění mozku: Desítky let neurovědeckého výzkumu umožnily podrobněji zmapovat, které oblasti se aktivují při jakém typu pohybu nebo záměru, což usnadňuje návrh účinnějších rozhraní.
Zejména Čína v posledních letech do této oblasti hodně investovala, a to do projektů od myšlenkami řízených protéz až po robotické exoskelety pro rehabilitaci. Zhangova studie je součástí této širší strategie, jejímž cílem je stát se velmocí v oblasti neurotechnologií.
Mnohem více než jen pohyb robota
Tento průlom je významný z několika důvodů. Pro lidi s poraněním míchy nebo těžkými nervosvalovými chorobami, jako je ALS, by tato technologie mohla znamenat možnost interakce s okolím bez neustálé fyzické asistence. Schopnost ovládat invalidní vozík, otevřít dveře, dosáhnout na sklenici vody nebo přivolat pomoc pouhou myšlenkou může znamenat rozdíl mezi úplnou závislostí a životem s určitou mírou samostatnosti. Využití však přesahuje domácí sféru:
- Asistenční roboti v nemocnicích: roboti částečně ovládaní myslí pacientů nebo zdravotnického personálu by mohli pomáhat s úkoly, jako je přenášení léků, přibližování předmětů, úprava polohy lůžka nebo sledování životních funkcí.
- Telepřítomnost a práce na dálku: člověk se sníženou pohyblivostí by se mohl „vtělit“ do robota v jiné místnosti, v jiné budově nebo dokonce v jiném městě a mohl by se pohybovat, pozorovat a manipulovat s objekty na dálku.
- Nebezpečná prostředí: v budoucnu by rozhraní mozek-stroj mohlo umožnit ovládání strojů v nebezpečných oblastech (chemické provozy, radioaktivní oblasti, přírodní katastrofy), aniž by došlo k fyzickému vystavení obsluhy.
- Neurologická rehabilitace: kombinace robotů a mozkových signálů může pomoci „přeškolit“ mozek po mrtvici nebo úrazu, posílit nervová spojení zapojená do pohybu a urychlit zotavení.
To nás také přibližuje budoucnosti asistenčních robotů, kteří by mohli pracovat v nemocnicích nebo dokonce ovládat složité stroje v nebezpečných prostředích. To, co se dnes testuje na jednom pacientovi, by se časem mohlo stát rodinou zařízení přizpůsobených různým potřebám: od inteligentních invalidních vozíků přes robotické kuchyňské ruce až po myšlenkami řízené systémy domácí automatizace.
Současná omezení a budoucí výzvy
Navzdory nadšení je důležité zůstat obezřetný. Studie byla testována na velmi malém počtu lidí (v tomto případě na jednom pacientovi) a výsledky z jednoho případu nezaručují, že bude stejně dobře fungovat u všech. Každý mozek je jiný a poranění míchy nebo mozku se mohou u jednotlivých pacientů značně lišit. Mezi hlavní problémy patří např:
- Dlouhodobá stabilita: mozkové signály se mohou v průběhu času měnit, ať už v důsledku adaptace mozku, únavy, užívání léků nebo malých posunů elektrod. Udržení konzistentního výkonu po dobu několika měsíců nebo let zůstává výzvou.
- Rychlost a přesnost: I když jsou současné systémy působivé, stále mají daleko k rychlosti a přirozenosti lidského pohybu. Převádění složitých myšlenek do plynulých akcí je stále ještě ve vývoji.
- Náklady a dostupnost: Tyto technologie zatím vyžadují drahé vybavení, vysoce specializovaný personál a kontrolované prostředí. Aby se zařízení dostala do nemocnic a domácností, budou muset být levnější a jednodušší.
- Bezpečnost a soukromí: zaznamenávání a dekódování mozkové aktivity vyvolává citlivé otázky: kdo má tato data pod kontrolou, jak jsou chráněna proti zneužití, co se stane, pokud softwarová chyba způsobí nežádoucí pohyb robota?
Navíc existuje riziko, že konkurence mezi velkými projekty – jako je Neuralink v USA a čínské a evropské iniciativy – by mohla vést k závodům v oznamování velkolepých výsledků dříve, než budou plně ověřeny. Vědecká komunita trvá na tom, že je třeba provádět přísné, recenzované klinické studie s transparentností údajů, aby se předešlo falešným očekáváním.
Další krok ke změně paradigmatu
Průlom, kterého čínský tým dosáhl, přesahuje očekávání mnoha členů vědecké komunity: nejedná se pouze o alternativu k projektům, jako je Neuralink, ale o rozšíření celé oblasti rozhraní mezi myslí a strojem. Tím, že tento vývoj umožňuje přesné a spolehlivé ovládání složitých robotů pomocí mozkové činnosti, otevírá cestu generaci technologií, které si dříve bylo možné představit pouze ve sci-fi.
V příštích letech se pravděpodobně dočkáme rozšíření hybridních systémů, v nichž budou lidská mysl a robotika stále těsněji spolupracovat. Nejde o nahrazení těla, ale o poskytnutí nových možností, jak jednat, když tělo selže, a o rozšíření způsobů, jakými můžeme komunikovat se světem.
Zbývá ještě mnoho práce: více klinických studií, více nezávislého ověřování, více společenských a etických debat. Zhangův případ a práce Čínské akademie věd však ukazují, že myšlenka ovládání složitých robotů pomocí myšlenek už nepatří jen do románů a filmů. Pomalu se stává součástí současné medicíny a technologie.