Нові мультисенсорні технології, основані на нейрології, щоб допомогти людям із вадами зору

За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, погіршення зору є загальною проблемою, з якою стикаються майже 2,2 мільярда людей у всьому світі. Але допомога вже на шляху: нейробіологи працюють над передовими технологіями та наукою про мозок, щоб розробити нові способи орієнтування у навколишньому світі для людей із вадами зору. На щорічному засіданні Товариства Когнітивних Нейронаук (CNS) дослідники представили нові методи інтеграції цифрових тактильних відчуттів і звукових технологій для трансформації реабілітації зору для дітей і дорослих.

«Реабілітація зору вимагає поєднання фундаментальних досліджень, моделювання та методів нейровізуалізації», – говорить Бенедетта Франческалло з Університету Лозани, яка очолює віртуальний симпозіум з реабілітації зору у CNS 2021. Нова хвиля пристроїв, що допомагають людям із вадами зору, поєднує ці сфери для надання більш персоналізованих, демократизованих технологічних рішень. «Ми маємо найсучасніші методи аналізу, обчислювальну потужність суперкомп'ютерів, можливість записувати дані до рівня деталізації, що раніше був неможливий, і можливість створювати все більш досконалі та портативні пристрої для реабілітації», – каже вона.

У той же час нейробіологи мають розуміння пластичності мозку, а також того, як мозок інтегрує інформацію з різних органів чуття. «Ця область розвивається швидкими темпами, що є життєво важливим, – говорить Руксандра Тівадар з Бернського університету, – оскільки зниження або відсутність сенсорної функції є надзвичайно важким порушенням, яке впливає на повсякденне функціонування та, відповідно, на якість життя».

Тівадар представляє нове дослідження, що показує, як зворотний зв’язок від цифрових тактильних відчуттів – використовуючи відчуття дотику в поєднанні з рухом – дозволяє людям з вадами зору легко дізнаватися про нові об’єкти та простори. Це лише один із способів, за допомогою якого дослідники використовують усі людські органи чуття для розробки нових технологій реабілітації зору.

Зрозуміти сутність проблеми

Навчити людину з вадами зору, як орієнтуватися в новому просторі, це виснажливий процес, говорить Тівадар. – «Нам потрібні ерготерапевти, необхідно скласти тактильні карти з різною фактурою та, особливо, для різних місць, і тоді ми повинні фактично навчити людину тактильному дослідженню, перш ніж навчати її на вулиці, – пояснює вона. – Уявіть собі майбутні мобільні телефони з цифровим тактильним зворотним зв'язком, що дозволять людям з вадами зору миттєво дізнаватися про нові простори».

Це майбутнє, до якого прагне Тівадар; і з новими результатами, представленими в CNS, вона та її колеги показують, що це можливо, і незабаром. У новому неопублікованому дослідженні команда Тівадар використовувала цифрові тактильні відчуття для представлення плану квартири в 2D. Зрячі учасники, яким зав’язали очі, вивчили макет, досліджуючи його цифрову тактильну візуалізацію. Потім вони мали фактично орієнтуватися та виконувати завдання у реальному, фізичному просторі, що раніше був їм невідомий.

«Наші дані показують, що люди добре засвоюють ці макети лише після 45 хвилин навчання, – говорить Тівадар. – Крім того, ми також бачимо, що учасники не мають абсолютно жодних проблем у вивченні легких траєкторій у цьому макеті; всі наші учасники досягають успіху у виконанні цього завдання, незалежно від того, навчені вони раніше чи ні».

Дані також свідчать про те, що ті учасники, які тренувалися для більш важкої навігації, досягли більшого успіху, ніж ті, хто навчався лише на легких траєкторіях. «Ці висновки вказують на те, що для дійсно простих макетів люди потребують мінімальної підготовки, аби досягти успіху в тому, щоб уявити простір у своїх думках, а потім фізично орієнтуватися в ньому», – говорить Тівадар.

Досягнення в аналізі великої кількості даних допомогли зробити цю роботу можливою. Дослідники зняли руки 25 учасників, коли вони досліджували тактильну табличку протягом 8-10 хвилин за раз. Потім команда Тівадар використовувала глибоку нейронну мережу для аналізу приблизно 200 відео, використовуючи алгоритм, що навчається відстежувати рух одного пальця кожного учасника. «Це дозволило нам краще зрозуміти, як учасники взаємодіють з тактильними відчуттями, і допомогти в подальшому розвитку додатків цієї технології, – говорить Тівадар. – Уявіть, якщо ми можемо бачити предмети та простори одним пальцем, що ми могли б зробити, використовуючи всі 10 пальців чи всю долоню, аби відчути».

Робота Тівадар з інтеграції тактильних даних народилася в результаті багатьох років вивчення сенсорного сприйняття – враховуючи не лише відчуття дотику, але й слухову інформацію. «Дійсно, ми вивчаємо способи, завдяки яким люди можуть бачити краще, використовуючи інформацію інших органів чуттів, – каже вона. – У нейронауках це означає розглядати, як мозок будує зорові образи, і намагатися допомогти мозку, збільшуючи або доповнюючи інформацію, що він використовує для побудови цих образів. Я думаю, просто той факт, що ми можемо це зробити, є абсолютно захоплюючим, і дуже перспективним для реабілітації».

Звукове рішення для дітей

Мільйони дітей у всьому світі живуть без зору; його погіршення у тих, у кого він є, може призвести до різноманітних рухових, сприймальних і соціальних проблем. «У сліпих дітей багато затримок у сприйнятті та соціальних проблем, – каже Моніка Горі з Італійського технологічного інституту. – Наприклад, зрячі діти вчаться дотягуватися до предметів у 5 місяців. У сліпих дітей ця здатність значно затримується та розвивається у віці одного року. Це породжує цілу низку додаткових затримок у рухах і взаємодії з іншими, з якими реабілітологи стикаються кожного дня».

Новий мультисенсорний реабілітаційний пристрій під назвою ABBI пропонує нове рішення. У роботі, що представлена в CNS, Горі та її колеги працюють над визначенням критичних періодів, які найкраще підходять для втручання за допомогою цього пристрою – щоб допомоги сліпим дітям до 1 року.

Попередні дослідження показали, що розвиток мультисенсорної інтеграції відбувається пізно, після 8-10 років. «Це відкриття змінило уявлення людей про розвиток мультисенсорних навичок», – говорить Горі. Це дало її команді можливість розробити методику втручання, що могла б допомогти як дітям із вадами зору, так і дорослим шляхом інтеграції звукової та рухової інформації.

Пристрій ABBI – це браслет, який вони розробили для використання звукових даних за відсутності візуальних даних, щоб допомогти відновити відчуття простору. У дослідженні, присвяченому трьохмісячному навчаню, діти з вадами зору у віці від 6 до 15 років, які користувалися браслетом, продемонстрували значні покращення орієнтування в просторі та соціальних навичках. Ці результати стимулювали нове подальше дослідження у дітей навіть молодшого віку.

«Я дуже рада можливості раннього втручання та допомоги дітям у розвитку сприйняття та соціальних навичок, – каже Горі. – Я вважаю, що мультисенсорні технології, можливо, у поєднанні з пристроями сенсорної заміни, можуть принести значну користь».

Технології Горі та Тівадар, поряд з іншою роботою, представленою на симпозіумі з CNS, дають змогу побачити перспективне майбутнє для реабілітації зору – яке не лише засноване на останніх досягненнях в галузі нейрології, але й зумовлене необхідністю бюджетних рішень, доступних для широкого населення.

Тівадар говорить: «Ми можемо покращити зорову реабілітацію, використовуючи нові технології та такі властивості мозку, як мультисенсорна інтеграція і кросмодальна пластичність. Нам потрібно вивчати далі, як наші органи чуття можуть доповнювати одне одного, щоб знайти дешеві рішення для реабілітації зору».