▼ ▼

NOWE ZMYS¸Y

WIRTUALNY

DOTYK

Cybernetyka nie tylko zastàpi utracony zmys∏ dotyku, ale te˝ spot´guje nasze odczucia.

Evelyn Strauss

NAWET FIRMY TELEFONICZNE doceniajà naszà naturalnà potrze-fal mózgowych. Ju˝ kilka grup badawczych wykorzystuje te b´ dotykania. AT&T, reklamujàc telefony z klawiaturami zdolnoÊci, u˝ywajàc zapisów fal mózgowych w urzàdzeniach i us∏ugi wybierania tonowego, zachća∏a: „Zmobilizuj si´.

przek∏adajàcych myÊli osób z ci´˝kimi pora˝eniami na ruchy Rusz sií dotknij kogoÊ.” Ju˝ nied∏ugo przestanie to byç me-kursora po ekranie komputera. Teeter zamierza dzi´ki tym taforà. Pewni naukowcy uwa˝ajà, ˝e za kilkadziesiàt lat technikom umo˝liwiç osobom niepe∏nosprawnym poruszanie zaczniemy przywracaç zmys∏ czucia osobom, które utraci∏y r´kami i nogami; wystarczy∏oby jedynie „chcieç to zrobiç”.

koƒczyny lub majà trwale uszkodzone nerwy. Pozostali ludzie Byç mo˝e naukowcy opracujà nawet takà technologiŕege-zaÊ poczujà dotyki tak˝e w wirtualnym Êwiecie.

neracji po∏àczeƒ, która pozwoli zastàpiç przewody elektrycz-Wyobraêmy sobie ojca, który straci∏ rće, a mimo to za po-ne zwyk∏ymi nerwami cz∏owieka. „Niektórzy próbujà ∏àczyç mocà protezy g∏aszcze synka po g∏owie. Roztkliwia go mi´k-nerwy znajdujàce si´ blisko miejsca zranienia z nerwami pe-koÊç w∏osów. Ch∏opiec opowiada mu o dzisiejszej walce na pi-ryferyjnymi spoza tego obszaru – komentuje Joseph E. Kutz, stolety wodne i o tym, co ˝ó∏w zjad∏ na kolacj´. Tata ca∏uje lekarz z Kleinert Kutz and Associates w Louisville w Ken-malca na dobranoc i wy∏àcza komputer. Synek, który w rze-tucky. – Na razie sà to jedynie eksperymenty. Nie ma jeszcze czywistoÊci jest na innym kontynencie, znika.

nic, co da∏oby siźastosowaç u ludzi.”

Na realizacj´ tego scenariusza b´dziemy musieli jeszcze troch´ poczekaç. Jednak ju˝ dziÊ naukowcy badajà kwestie CYBERNETYCZNE FANTOMY

zwiàzane z regeneracjà uszkodzonych nerwów. Umiemy spo-W przeciwieƒstwie do osób z uszkodzonym rdzeniem kr´-

wodowaç, by trójwymiarowe obiekty, obecne jedynie w pro-gowym ludzie po amputacjach koƒczyn zachowujà sprawne gramach komputerowych, by∏y wyczuwane niemal tak, jak-po∏àczenia pomi´dzy nerwami w kikutach i mózgiem. Niektó-

by istnia∏y w rzeczywistoÊci.

rzy nawet majà wra˝enie, jakby nadal mieli koƒczyny i spra-Mimo ˝e uszkodzenie rdzenia kr´gowego zak∏óca wspó∏-

wowali nad nimi kontrol´. Osoby takie zwykle w∏adajà mi´-

prac´ mózgu z mi´Êniami, to jednak mi´Ênie czśto sà nadal Êniami lub wiźad∏ami odpowiedzialnymi kiedyÊ za poru-zdolne do pracy. Potrzebujà one oczywiÊcie jakiegoÊ bodêca, szanie palcami w amputowanej koƒczynie. Jest to niezwykle na przyk∏ad impulsu elektrycznego. T´ w∏aÊnie cech´ wyko-wa˝ne, gdy˝ umo˝liwia cz´Êciowe odzyskanie sprawnoÊci.

rzystujà specjaliÊci, produkujàc tzw. protezy neuronowe. Prze-SpecjaliÊci opracowujà systemy symulujàce naturalne koƒ-

kazujà one pobudzenia do mi´Êni, naturalnie jeÊli cz∏owiek czyny; z protezà brakujàcej cz´Êci cia∏a ∏àczà oni mi´Ênie i ner-nie utraci∏ zdolnoÊci do ich stymulacji. Na przyk∏ad ruch bar-wy odpowiedzialne za jej kontrol´. William Craelius z Rutgers ku mo˝e wyzwoliç odpowiedni stymulator, który przeÊle im-University zajmuje si´ w∏aÊnie systemem pozwalajàcym na puls elektryczny do mi´Êni d∏oni, powodujàc jej zaciÊnićie.

poruszanie wieloma palcami niezale˝nie od siebie. Obecne Obecnie urzàdzenia takie sterujà najwy˝ej 10 mi´Êniami, protezy d∏oni potrafià jedynie otwieraç sií zamykaç. Dzi´-

▼

ale naukowcy starajà siźwi´kszyç ich mo˝liwoÊci. „Niewy-ki nowemu systemowi inwalidzi b´dà mogli pracowaç na

▼

kluczone, ˝e systemy nowej generacji pozwolà na trzymanie komputerze za pomocà klawiatury lub myszy.

przedmiotu nad g∏owà” – uwa˝a Jeanne O. Teeter z Louis Ruch jest wa˝ny, ale wiele osób cierpi, dlatego ˝e nie ma Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical czucia. „Bardzo trudno kontrolowaç sparali˝owane cz´Êci Center (Centrum Medycznego Louisa Stokesa w Cleveland cia∏a bez sprz´˝enia zwrotnego” – uwa˝a Thomas Sinkjaer, dy-podleg∏ego Departamentowi ds. Kombatantów). SpecjaliÊci rektor Centrum Interakcyjnych Czujników i Mechanizmów zajmujàcy si´ bioin˝ynierià wszczepiajà ju˝ urzàdzenia tego Wykonawczych w Uniwersytecie •alborg w Danii.

rodzaju. Ich zdaniem nied∏ugo wielofunkcyjne systemy wszy-JeÊli na przyk∏ad coÊ si´ wyÊlizguje z r´ki, osoby z nie uszko-wane b´dà pacjentom pod skór´.

dzonymi nerwami zaczynajà Êciskaç ów przedmiot nieco moc-Nawet jeÊli ktoÊ ma tak ci´˝kie pora˝enie, ˝e prawie nie niej, ale tylko tak, by nie wypad∏. „Gdy zatem chcemy zre-panuje nad ruchami mi´Êni, to jeszcze nie powinien traciç na-generowaç sprawnoÊç motorycznà, musimy opracowaç MATT MAHURIN

dziei. „Uwa˝amy, ˝e mózg potrafi kontrolowaç dzia∏anie protez neuronowych” – mówi Teeter. WyjaÊnia ona, ˝e ludzie mo-gà nauczyç si´ wywo∏ywaç okreÊlone zmiany w przep∏ywie 60 ÂWIAT NAUKI Grudzieƒ 1999

sposób pod∏àczenia si´ do systemu czuciowego i przesy∏ania Y

informacji z powrotem do pacjenta lub komputera” – mówi Sinkjaer. Komputery reagujà w prosty sposób na odpowiednie sygna∏y i w niektórych sytuacjach znakomicie siśpraw-dzajà. „Gdy dotkniemy czegoÊ goràcego, odruchowo cofa-my d∏oƒ – mówi Vincent R. Hentz, lekarz ze Stanford University School of Medicine specjalizujàcy si´ w chirurgii r´ki. – To odruch bezwarunkowy. Sygna∏ nie przechodzi przez mózg.”

Grupa kierowana przez Sinkjaera opracowuje sposób NOWE ZMYS¸

umieszczania elektrod wokó∏ nerwu czuciowego, który odbiera informacje ze specjalnych receptorów w rće. Elektrody rejestrujà impulsy przep∏ywajàce przez nerw skorelowane z si∏à, z jakà Êciskany jest przedmiot. Obecnie elektroda prze-kazuje te informacje do komputera, który „odpowiednio re-guluje si∏úÊcisku”, a nast´pnie stymuluje okreÊlone mi´Ênie

– wyjaÊnia Sinkjaer.

Pierwszy u˝ytkownik jest zadowolony z dzia∏ania urzà-

▼

dzenia. „Jad∏ tylko przez jakieÊ 15 min, bo bardzo mćzy∏o

▼

go Êciskanie widelca – mówi Sinkjaer. – Teraz dzi´ki urzà-

dzeniu mo˝e nawet rozmawiaç podczas obiadu z osobà siedzàcà obok przy stole.” Sinkjaer ma nadziej´, ˝e uda mu siúlepszyç system, tak by dok∏adnie okreÊla∏, jak robi to mózg, który z wielu tysićy receptorów ∏àczàcych siź danym w∏ók-nem nerwowym w∏aÊnie wysy∏a impuls. Przedtem jednak naukowcy muszà opracowaç elektrody komunikujàce siź odpowiednimi nerwami bardziej selektywnie ni˝ elektrody stosowane wspó∏czeÊnie.

Obecnie badacze potrafià ju˝ przes∏aç informacje zwrotne MATT MAHURIN

tak˝e do cz∏owieka, a nie tylko do komputera. Pomo˝e to zapewne paraplegikom w ponownej nauce chodzenia – osoba Protezy koƒczyn b´dà w przysz∏oÊci wyglàdaç i dzia∏aç niemal tak stojàca pomi´dzy równoleg∏ymi porćzami podczas fizykote-rapii nie b´dzie ju˝ musia∏a wyczuwaç r´kami, jak rozk∏ada sići´˝ar cia∏a. Po∏àczenie elektrod przymocowanych do po-deszew stóp z urzàdzeniami przesy∏ajàcymi impulsy elek-nerwowy jest wcià˝ sprawny – zauwa˝a Horch. – JesteÊmy tryczne do barków sprawi, ˝e çwiczàcy b´dzie wiedzia∏, czy ju˝ gotowi do prowadzenia skomplikowanych d∏ugofalowych równo stoi na obu nogach. JeÊli tak, to w obu barkach poczu-badaƒ z udzia∏em pacjentów i osiàgnićia celu.”

je to samo. Badacze opracowujàcy protezy dla osób z ampu-towanymi koƒczynami u˝ywajà systemów dzia∏ajàcych w po-WIELKIE POST¢PY

dobny sposób – dodaje Paul D. LaBarre, in˝ynier mechanik SpecjaliÊci marzà o „bionicznej koƒczynie, dzia∏ajàcej tak z Seattle Orthopedic Group z Poulsbo w stanie Waszyngton.

jak prawdziwa przed amputacjà, czyli prawid∏owo rea-Jego firma projektuje sztuczne stopy, które b´dà informowa-gujàcej na ka˝dà stymulacj´, zarówno zewn´trznà, jak i we-

∏y u˝ytkownika, gdy pi´ta uderza w ziemi´. Mo˝na to zro-wn´trznà – mówi LaBarre. PodkreÊla on, ˝e odczuwanie do-biç, przekazujàc odpowiednie sygna∏y do innej cz´Êci cia∏a, na tknićia to tylko jeden z wielu rodzajów informacji, które od-przyk∏ad do ∏ydki.

bieramy koƒczynami. – Gdy z zamkni´tymi oczami zginamy Najlepszym rozwiàzaniem by∏oby przesy∏anie impulsów r´k´ w ∏okciu, zdajemy sobie z tego spraw´. JeÊli ktoÊ nas z czujników do nerwów, które kiedyÊ kontrolowa∏y ampu-kopnie w nog´, równie˝ to odczujemy – dodaje. – Chcieli-towanà koƒczyn´. Dlatego naukowcy wykonujà protezy pod-byÊmy, by bioniczna koƒczyna dostarcza∏a w∏aÊnie takich

∏àczane bezpoÊrednio do uszkodzonych nerwów. Specjalna informacji.”

elektroda wszczepiona w kikut uaktywnia niewielkà liczb´

Jednak jest to wcià˝ tylko namiastka. LaBarre przewiduje w∏ókien nerwowych. „Stymulacja w∏ókien nerwowych (prze-nawet odczuwanie temperatury. Choç badacze ju˝ u˝ywajà kazujàcych informacje o dotyku, bólu i innych odczuciach) czujników temperatury, to nie nadajà sióne, by zastosowaç powoduje, ˝e pacjent odnosi wra˝enie, jakby czu∏ coÊ

je u ludzi – mówi. Czujniki te majà zbyt du˝o przewodów

▼

kciukiem, który utraci∏” – mówi neurolog Kenneth W. Horch i elektrod. Uwa˝a jednak, ˝e kiedyÊ zostanà ulepszone i b´dà

▼

z University of Utah. Ma on równie˝ nadziej´, ˝e opracuje wszczepiane do protez bez potrzeby zak∏adania szwów i ze-jeszcze innego rodzaju urzàdzenia, które pozwolà kontrolo-wn´trznych po∏àczeƒ.

waç koƒczyní odczuwaç dotyk. B´dzie to jednak mo˝li-LaBarre sugeruje nawet, ˝e dobrze by by∏o, gdyby bionicz-we tylko wtedy, jeÊli nie uszkodzone pozosta∏y po∏àczenia po-na koƒczyna dostarcza∏a równie˝ bodêców bólowych, ponie-mi´dzy rdzeniem kr´gowym i w∏óknami nerwowymi odpo-wa˝ chroni∏oby to jà przed uszkodzeniami. Niemo˝noÊç od-wiedzialnymi za sprawnoÊç, którà próbujemy przywróciç czuwania dyskomfortu stanowi powa˝ny problem tak˝e pacjentowi.

w prawdziwych koƒczynach. Cukrzyca czśto powoduje dr´-

Dotychczasowe wyniki badaƒ Êwiadczà, ˝e jest to osiàgal-twienie i utratćzucia w d∏oniach i stopach. Nikt naprawdńe – mówi Horch – chocia˝ na razie prace sà w fazie poczàtnie wie, dlaczego tak si´ dzieje. „Diabetycy nieraz ca∏y dzieƒ

kowej. Naukowcom uda∏o si´ ju˝ dokonaç elektrostymulacji chodzà z kamykiem w bucie, nie zdajàc sobie z tego sprawy nerwów w kikutach i stwierdziç, ˝e pacjenci odnoszà wra˝e-

– mówi LaBarre. – Potem dopiero zauwa˝ajà du˝à ranńa nie, jakby ktoÊ dotyka∏ ich amputowanych koƒczyn. „System podeszwie stopy.”

62 ÂWIAT NAUKI Grudzieƒ 1999

NOWE ZMYS¸

Lekarze podkreÊlajà, ˝e przywrócenie zmys∏u dotyku sta-Zamiast rozcinaç mostek i rozchylaç ˝ebra, wprowadzajà oni nowi ogromne wyzwanie dla naukowców i in˝ynierów. Bar-do klatki piersiowej kamerí inne urzàdzenia przez niewiel-dzo trudno b´dzie na przyk∏ad wykonaç czujniki dotyku kie otworki. Chirurdzy siedzà za konsoletà i sterujà przyrzà-

nadajàce si´ do wszczepienia osobom z uszkodzonym rdze-dami. Na specjalnym stereoskopowym monitorze obserwu-niem kr´gowym. „W naskórku i skórze w∏aÊciwej znajdujà si´

jà w∏asne dzia∏ania. Taka technika jest bardziej dok∏adna, tysiàce receptorów – mówi Clayton Van Doren, adiunkt orto-a przy tym chirurg sińie obawia, ˝e r´ka mu zadr˝y pod-pedii z Case Western Reserve University. – B´dziemy zado-czas zabiegu. „Zwalnia to tak ruchy, ˝e lekarz mo˝e wykonaç woleni, jeÊli choç jeden czujnik wszczepimy gdzieÊ g∏´biej pod naprawdńiezwykle precyzyjnà prac´” – mówi Kenneth Sa-skór´. Ponadto czujnik taki musi byç tak trwa∏y i niezawod-lisbury, in˝ynier mechanik z MIT.

Y

ny, by pacjent móg∏ go nosiç w ciele przez wiele miesićy, a na-Paul Millman, in˝ynier mechanik z Computer Motion, uwa-wet lat. Jest jednak coÊ bardziej istotnego – podkreÊla. – Nie

˝a, ˝e w przysz∏oÊci dzi´ki takim urzàdzeniom chirurdzy b´-

wiemy, jakie sà zwiàzki mi´dzy bodêcami fizycznymi a percep-dà wyczuwaç du˝o wićej, co umo˝liwi na przyk∏ad kontro-cjà. Dlatego w∏aÊnie trudno okreÊliç, w jaki sposób odtworzyç lńaciàgania nici podczas zak∏adania szwów. Chcia∏by te powiàzania u osób, które cz´Êciowo je utraci∏y.”

równie˝ tu stosowaç technik´ palpacyjnà. „Dobrze by by∏o, Badacze pracujàcy nad przywracaniem doznawania pro-gdyby siedzàcy za konsoletà chirurg móg∏ przesunàç palcem stych bodêców czuciowych, na przyk∏ad si∏y uÊcisku, napo-po t´tnicy i znaleêç twarde w dotyku zakrzepy – mówi Mill-tykajà liczne przeszkody. Jednak du˝o trudniejsze zadanie man – albo wyczuç zdrowe, elastyczne naczynia krwiono-majà ci, którzy badajà bardziej skomplikowane kwestie zwià-

Êne. By∏oby wspaniale, gdyby dzi´ki tym urzàdzeniom le-zane z dotykiem. „Gdy bior´ do r´ki materia∏, wiem, czy to karz uzyskiwa∏ dok∏adnie takie same informacje jak podczas jedwab, czy szorstka we∏na” – mówi Lynette Jones z Massa-operacji, która wymaga otwarcia klatki piersiowej.”

chusetts Institute of Technology zajmujàca si´ biomedycynà.

Najwi´ksze trudnoÊci techniczne wià˝à siź wykorzysta-

▼

Mimo tych trudnoÊci daje siźaobserwowaç znaczny post´p niem tych technologii w seksie zdalnym i wirtualnym. Wi´k-

▼

w badaniach. „UstaliliÊmy ju˝, które receptory skóry przeka-szoÊç problemów, przed którymi stawali dotychczas bada-zujà do mózgu informacje o takich szczegó∏ach, jak g∏adkoÊç cze, by∏a tylko namiastkà tych, które napotykajà, badajàc powierzchni, ale nie znamy przebiegu procesu przetwarzania zmys∏ czucia. W seksie wa˝ne sà wszystkie kwestie, czyli na przez mózg danych w celu rozpoznania rodzaju powierzch-przyk∏ad reakcja na nacisk, wra˝enia dotykowe i termiczne.

ni” – stwierdza Mandayam Srinivasan, dyrektor Touch Lab Wszystko to musi byç kontrolowane przez jeden system. „Dziw Massachusetts Institute of Technology.

siejsze urzàdzenia haptyczne nie nadajà si´ jeszcze do zasto-Sztucznemu zmys∏owi dotyku najwi´ksze wymagania stawia wirtualna rzeczywistoÊç.

Kolejnym powa˝nym problemem b´dzie wykonanie urzà-

sowania w cyberseksie czy te˝ seksie wirtualnym – podsu-dzeƒ, które wytwarza∏yby i przesy∏a∏y te subtelne informacje mowuje Srinivasan. – Mo˝emy wyczuwaç kontury i twardoÊç ze sztucznych palców lub nawet ca∏ej protezy d∏oni. Wydaje powierzchni, ale zapewne potrzeby ludzi sà w tej dziedzinie si´, ˝e w ustalaniu rodzaju powierzchni wra˝enia przestrzen-du˝o wi´ksze.”

ne i ich nast´pstwo czasowe spe∏niajà bardzo wa˝nà funkcjŚpecjaliÊci zajmujàcy si´ dotykiem niech´tnie rozmawiajà

– twierdzi Susan J. Lederman, profesor psychologii i informa-o wykorzystywaniu ich wynalazków w ˝yciu seksualnym.

tyki z Queens University w Kingston w prowincji Ontario.

Cz´Êciowo dlatego, ˝e znajdujà one wa˝ne zastosowania

„Gdy dotykamy przedmiotu tylko w jednym punkcie, nie czuw medycynie, szkoleniach, treningach, projektowaniu oraz jemy zbyt wiele. Du˝o wićej informacji o powierzchni uzy-w wielu innych dziedzinach. Jednak wszystko sprowadza siśkujemy dopiero wtedy, gdy przesuwamy po niej palcami.”

do przyczepiania do ró˝nych cz´Êci cia∏a urzàdzeƒ umo˝liwiajàcych nawiàzanie pewnego rodzaju kontaktu z osobà wir-WEJÂCIE W ÂWIAT WIRTUALNY

tualnà lub prawdziwà, znajdujàcà si´ tysiàce kilometrów od Najwi´ksze post´py w zakresie badaƒ nad wyczuwaniem nas. „Najwa˝niejsze (i to nie tylko w cyberseksie, ale równie˝

powierzchni i innymi odczuciami robià naukowcy opracow dotyku wirtualnym) jest to, ˝e musimy mieç na sobie coÊ

wujàcy tzw. urzàdzenia haptyczne, umo˝liwiajàce odbieranie w rodzaju kombinezonu, oddzia∏ujàcego na nas si∏ami stero-bodêców dotykowych zdalnie lub w rzeczywistoÊci wirtual-wanymi przez komputer, który zast´puje Êwiat rzeczywisty nej [patrz: „Zmys∏owa cyberprzestrzeƒ”, strona 68]. Robert

– komentuje Srinivasan. – Stosowanie obecnych technologii D. Howe, in˝ynier mechanik z Wydzia∏u In˝ynierii i Nauk haptycznych przypomina badanie Êwiata za pomocà stukania Stosowanych w Harvard University, rozwija technik´ palpa-w niego laskà.”

cyjnà, która pozwoli na przyk∏ad chirurgom na „obmacanie”

Czy nie jest to fikcja? OczywiÊcie, ale wszystko to kiedyÊ

przez niewielkie otwory organów wewn´trznych.

zapewne stanie siŕzeczywistoÊcià. A wtedy dowiesz siŹamiast jednej sondy urzàdzenie takie ma wiele igie∏ek, o tym z og∏oszeƒ pornograficznej witryny WWW, naturalnie które niezale˝nie od siebie przekazujà odpowiednie dane.

przys∏anych dotykowà e-pocztà. No i jak z tym utrzymywa-

„Chcemy informacji takiej, jakiej dostarcza przesuwanie pal-niem kontaktów?

cami po powierzchni” – mówi Howe. Wystarczy∏oby niewiel-T∏umaczy∏

kie nacićie, by wprowadziç tego rodzaju urzàdzenie do klat-Norbert Ryszczuk

ki piersiowej i wyczuç guzowaty nowotwór p∏uca. Nie by∏oby potrzeby w∏o˝enia tam r´ki.

▼ ▼

Zdalna technika medyczna pomaga ju˝ pacjentom. Kali-INFORMACJE O AUTORZE

fornijskie firmy Intuitive Surgical w Mountain View czy te˝

EVELYN STRAUSS jest niezale˝nà dziennikarkà naukowà. Mieszka w San-Computer Motion w Santa Barbara wytwarzajà systemy ta Cruz w Kalifornii i gotowa jest odbieraç dotykowà e-poczt´, je˝eli b´dà umo˝liwiajàce lekarzom ∏atwiejsze i mniej inwazyjne zak∏a-w niej wy∏àcznie przyjemne doznania.

▼ ▼

danie bajpasów zablokowanych naczyƒ wieƒcowych serca.

ÂWIAT NAUKI Grudzieƒ 1999 63