O autorze
Jestem profesorem AGH i dodatkowo przez ponad 30 lat byłem profesorem Uniwersytetu Ekonomicznego.

Kieruję utworzonym przeze mnie w 1973 roku Laboratorium Biocybernetyki AGH. Byłem też przez wiele lat kierownikiem Katedry Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH, którą jednak w 2016 roku przekazałem w ręce jednego z moich dość licznych wychowanków, którzy dziś są już profesorami. Musiałem oddać kierownictwo Katedry ponieważ zaczęła obowiązywać na tym stanowisku kadencyjność. Ale Laboratorium nadal kieruję.

Kilka słów o mojej drodze do tego miejsca, w którym się obecnie znajduję:

Zawsze pasjonowała mnie nauka, więc zostałem naukowcem. A jak stwierdziłem, jaka ta nauka jest fajna, to zacząłem się starać przekonać o tym jak najwięcej ludzi. Przekazuję moją fascynację wiedzą, nauką i techniką moim studentom, w wyniku czego wypromowałem już ponad 300 magistrów i blisko 70 doktorów. Staram się także popularyzować wiedzę na różne sposoby: w książkach, w gazetach, w tygodnikach, w radiu, w telewizji i na odczytach. Zebrało się tego ponad 400 pozycji drukowanych i chyba drugie tyle w formie różnych wystąpień – na żywo i w mediach.

Ponieważ wiedza nieświeża jest równie niesmaczna jak nieświeża kiełbasa – więc staram się zawsze mieć dostęp do wiedzy najświeższej. A ponieważ taką świeżą wiedzę ma się wtedy, gdy się ją samemu wytwarza, więc z zapałem prowadzę badania naukowe. W badaniach tych staram się wykorzystywać moje kwalifikacje inżyniera na potrzeby biologii i medycyny oraz moją wiedzę biologiczną (po doktoracie z automatyki studiowałem na Akademii Medycznej) jako źródło inspiracji dla budowy nowych systemów technicznych. Czasem udaje mi się coś odkryć, a jak już odkryję, to wzorem wszystkich naukowców piszę publikacje. Tak mi to weszło w krew, że napisałem już tych publikacji dosyć dużo, ale jak licznik moich prac w wykazach Biblioteki Głównej AGH przekroczył tysiąc, to przestałem je liczyć.

Opierając się na nie sprawdzonym przekonaniu, że jak ktoś ma osiągnięcia naukowe, to rządzić też potrafi, społeczność mojej uczelni wybrała mnie, żebym pełnił rolę rektora AGH. Potem ten wybór powtórzono jeszcze dwa razy, więc dosyć długo paradowałem w tych królikach udających gronostaje. Potem wybrano mnie na członka Polskiej Akademii Nauk i Polskiej Akademii Umiejętności oraz kilku akademii zagranicznych. W PAN pełniłem funkcję prezesa Krakowskiego Oddziału tej Korporacji.

No a potem zaproszono mnie, żebym pisywał na tym blogu. No to pisuję - najlepiej, jak potrafię!

Jak sterować maszynami bezpośrednio za pomocą myśli?

Jakiś czas temu zamieściłem tu wpis o technice medycznej, która umożliwiła SPARALIŻOWANEMU człowiekowi wykonanie pierwszego kopnięcia piłki na rozpoczęcie tegorocznego Mundialu. Mistrzostwa piłkarskie mamy już za sobą, ale o konsekwencjach tego "małego kopa, który był wielkim skokiem ludzkości" - porozmawiać nadal warto.

Tym z Państwa, którzy lubią w każdej historii znać także początek, a nie tylko zakończenie - gorąco polecam rozpoczęcie czytania od krótkiego przypomnienia sobie mojego wcześniejszego wpisu na ten temat. Zgodnie z zapowiedzią zawartą w tym poprzednim tekście, dzisiaj opowiem Państwu o tym, jak sparaliżowana osoba może samą swoją myślą sterować działaniem egzoszkieletu wprawiającego w ruch jej bezwładne kończyny. W jednym z dalszych wpisów postaram się dodatkowo wyjaśnić, jak sparaliżowany człowiek za sprawą nowoczesnej techniki może także odbierać wrażenia zmysłowe od tych wprawionych w ruch kończyn, normalnie całkowicie pozbawionych czucia. Ten drugi temat będzie też okazją do tego, żeby wspólnie zastanowić się nad tym, czy nowoczesna technika medyczna pozwoli nam czuć różne wrażenia, których nie rejestrują zmysły? To w sposób zupełnie niewiarygodny może wzbogacić nasz kontakt ze światem, który nasze normalne receptory (wzrok, słuch, dotyk itd.) udostępniają nam w sposób niepełny i w wielu przypadkach wielce niedoskonały.

Sprawę dodatkowych zmysłów opiszę jednak dopiero za jakiś czas, dzisiaj natomiast zajmę się inną fascynującą techniką: sterowaniem maszynami bezpośrednio za pomocą myśli. Dla ustalenia uwagi skupię się na szczegółowej sprawie sterowania egzoszkieletem człowieka, który dokonał rzeczy pozornie niemożliwej - będąc od lat sparaliżowany wstał z inwalidzkiego wózka i kopnął piłkę! Pisząc o tej szczegółowej sprawie będę jednak brać pod uwagę fakt, że problem, którego dotykam, jest znacznie szerszy i dotyczy ważnej i rozległej dziedziny: bezpośredniej komunikacji między mózgiem człowieka a światem maszyn.
Egzoszkielet to wspaniała maszyna, która może przywrócić ludziom sparaliżowanym możliwość poruszania się, ale może także wspomagać ludzi zdrowych przy wykonywaniu zadań znacznie przekraczających ich siły. O pewnych szczegółach budowy egzoszkieletu pisałem w moim poprzednim wpisie na tym blogu. Jednak ta doskonała maszyna spełni swoje zadanie tylko wtedy, gdy będzie robić dokładnie to, czego potrzebuje (i wymaga) człowiek, który ją eksploatuje. A to oznacza, że egzoszkielet musi być odpowiednio sterowany.

Na pozór wiadomo, jak to robić. Od lat budujemy zmechanizowane protezy utraconych kończyn, sterowane mikro-wyłącznikami zakładanymi w różnych miejscach ciała użytkownika. Po odpowiednim treningu potrafi on sterować taką protezą całkiem sprawnie i zręcznie.
Jednak sterowanie ruchami całej dolnej części ciała sparaliżowanej osoby przy pomocy takich wyłączników nie wchodzi w rachubę. Zadania sterowania są tu zbyt skomplikowane!


Bywają też protezy bioniczne, odbierające sygnały z nerwów, jakie zachowały się w kikucie ręki lub nogi, do której przytwierdzono protezę – i one także działają.
Ale w przypadku osoby sparaliżowanej na sygnały nerwowe też nie można liczyć, bo paraliż na tym właśnie polega, że tych sygnałów nerwowych po prostu nie ma.

Co można zrobić?

Trzeba zastosować odbiór sygnałów sterujących bezpośrednio z mózgu. Technika ta, określana najczęściej skrótem BCI (brain - computer interface), opiera się na tym, że mózg człowieka wytwarza mnóstwo elektrycznych impulsów. Jest w nich zakodowane wszystko: to co widzimy, o czym myślimy – a także to, co chcemy zrobić.
Każdy świadomy ruch wywołany jest impulsami elektrycznymi biegnącymi z mózgu!

U człowieka sparaliżowanego problem polega na tym, że te impulsy nie docierają do mięśni, bo choroba zniszczyła połączenia nerwowe. Ale w mózgu te impulsy istnieją i mogą być tam zarejestrowane przez aparaturę elektroniczną.

Oczywiście nie jest łatwo dostać się do tych sygnałów, bo nie można ich odbierać bezpośrednio w miejscu ich powstawania, to znaczy w komórkach nerwowych i w zbudowanych z nich strukturach mózgowych. Taka rejestracja in situ wymagałaby otwarcia czaszki i wprowadzenia elektrod w głąb mózgu, co niekiedy robi się w celach terapeutycznych, ale nigdy z tak błahego powodu, jak potrzeba sterowania jakimiś mechanizmami. Aktywność elektryczną mózgu można jednak także rejestrować na powierzchni czaszki. Od lat robi się to w celach diagnostycznych jako tak zwane badanie EEG.
Obecnie coraz częściej te rejestrowane na powierzchni czaszki sygnały EEG próbuje się wykorzystywać także w celu bezpośredniego sterowania pracą różnych maszyn i urządzeń przy pomocy mózgu. Teoretycznie jest to możliwe, ponieważ w sygnale rejestrowanym jako EEG obecne także i te impulsy sterujące, produkowane przez mózg w celu sterowania mięśniami i ruchami wszystkich części ciała. Impulsy te trzeba jednak właściwie odróżnić od milionów innych impulsów, które w tym samym czasie także wytwarza mózg na skutek myślenia, patrzenia, słuchania itd. To jest bardzo trudne! Niemniej prace nad tym zagadnieniem prowadzone na całym świecie (także w moim laboratorium na AGH) przynoszą coraz lepsze rezultaty.
Gdy już zbudujemy aparaturę pozwalającą odróżniać sygnały mózgu dotyczące ruchu nóg od wszystkich innych form jego elektrycznej aktywności i gdy pacjent chcący się poruszać przy pomocy egzoszkieletu nauczy się świadomie tak aktywizować swój mózg, by wysyłane sygnały maksymalnie dokładnie odzwierciedlały (poprzez wywoływane nimi ruchy nóg) jego zamierzenia i potrzeby - to potem sprawa jest prosta:

W mózgu pojawiają się impulsy odpowiedzialne za ruch nóg. Gdyby te impulsy dotarły do mięśni, to spowodowałyby zgięcie albo wyprostowanie nogi, jej podniesienie i wymach do przodu.

Kopnięcie piłki!

Ale nogi są sparaliżowane, sygnały do nich nie docierają, bezradny człowiek nie panuje nad nimi...

Jeśli jednak impulsy te wykrywa opisana wyżej aparatura i na ich podstawie steruje siłownikami opisanego wcześniej egzoszkieletu, to ten egzoszkielet posłuszny myślom człowieka, porusza jego kończynami, zgina i prostuje jego nogę, wymusza jej podniesienie i wymach do przodu.

Kopnięcie piłki!

I tak to się stało na rozpoczęciu tegorocznego Mundialu...

Niestety konkurencja wielkich emocji sportowych, które potem nastąpiły, spowodowała że ten sukces nauki i techniki przeszedł właściwie nie zauważony. Ale mam nadzieję, że Państwo po przeczytaniu tych moich wpisów zgodzicie się ze mną, iż był to naprawdę "wielki skok ludzkości"!
Trwa ładowanie komentarzy...