A feelSpace-öv: a teknőcökéhez hasonló térérzékelést tesz lehetővé

Hat héten át 2004 őszén Udo Wächtert csalhatatlan tájékozódási képességgel ruházták fel. Minden reggel zuhanyzás után az osnabrücki egyetem rendszeradminisztrátora széles övet csatolt fel rá, amelyet belülről 13 vibráló korongocskával szereltek fel - hasonlóakat a mobiltelefonokban a rezgő funkciót ellátó motorokhoz. Az öv külső felületén az energiaellátás kapott helyet, valamint egy, a Föld mágneses mezejét érzékelő szenzor. Működésének lényege abban állt, hogy az éppen észak felé álló rezgő szenzor mindig automatikusan kikapcsolt így jelezve az égtájat - olvasható a Wired magazin weboldalán.

„Először kissé furcsa volt” – mesél az élményről Wächer. "Ám biciklizésnél rögtön rendkívül hasznossá vált". A fiatalember az öv felcsatolása után szinte azonnal sokkal jobban érezte az irányokat, városa térképe egyszerre megelevenedett fejében. „Rájöttem, hogyan kanyarognak az utcák, ugrásszerűen élesedett a percepcióm. Úgy éreztem, sehol nem tudnék eltévedni" - lelkendezett.

Az „feelSpace belt” (érezd a teret öv) kiötlője az osnabrücki egyetem kognitív tudósa, Peter König elmondta, hogy mióta Wächer tesztelte a megoldást, sokat finomodott a rendszer. Képes megmutatni merre van az ember otthona vagy irodája, legyen akár a szomszédos kávézóban vagy sok várossal arrébb. Wächer arról is vallott, hogy sokszor álmában is érezte az éppen akkor nem viselt öv rezgéseit.

Az irányok érzékelése nem az emberrel születő képesség, ellenben számos állatfaj nagyon pontos irányérzékkel megáldva jön a világra, mintegy extra érzékszervként.  A naphal például látja a polarizált fényeket. Az álcserepes teknős érzékeli a mágneses erővonalakat, míg a pörölycápafélék az elektromos töltések változását képesek felfogni (akár kevesebb, mint egy nanovoltot is), és akkor még nem is beszéltünk az ultrahangokat is meghalló, illetve ebben a frekvenciatartományban kommunikáló denevérfélékről, s az ultraibolya fényt is látó rovarokról.

Az ember miért épp ezzel az öt érzékszervvel fejlődött ki? Bővíthető-e ezek sora, vagy fejleszthetőek-e a meglévők? Világszerte kutatók hadát foglalkoztatják ezek a kérdések, s számos esetben a válasz, igen. A nehézség mégsem az érzékelés, hiszen a világ tele van a legkülönfélébb olyan mérőeszközökkel amelyeket az ember nem képes öt érzékszervével felfogni. A legnagyobb kihívást a bevitt információk feldolgozása jelenti. Az idegkutatók keveset tudnak arról, hogyan értelmezi az agy a beérkező adatokat. A közvetlenül az agyba kötött eszközök – mint a mesterséges retina és a mesterséges dobhártya – a tudomány mai álláspontja szerint viszonylag primitív megoldásnak számítanak.

A feelSpace-öv működési elve

A tudósok előtt álló feladat tehát a következő: hogyan tudják úgy átalakítani a szenzorok által küldött adatokat – legyen az elektromágneses mező, ultrahang, infrafény -, hogy azt az agy a meglévő érzékelő képességeivel értelmezni tudja. Szervezetünk ugyanis sokkal rugalmasabb annál, mint amit valaha is gondolták, s számítógépes hasonlattal élve számtalan szabad „port”, vagyis ki-bemeneti csatorna vár rá, hogy rákössenek egy újabb eszközt.

Hiszen hogyan is érzékeljük a külvilágot? A szem különböző hullámhosszúságú fotonokat gyűjt, amelyeket elektromos jelekké alakít át, ezeket továbbítva az agynak. A fül ugyanezt teszi a begyűjtött hanghullámokkal. A tapintásnál a receptorok a nyomást, meleget-hideget, fájdalmat továbbítják az idegpályákon keresztül. A szaglás kémiai receptorokat vet be az orrban, az íz érzékelésnél pedig a nyelven lévő ízlelőbimbók fordítják az agy számára értelmezhető adatokká a vele közölteket.

Van azonban egy hatodik vagy öt és feledik érzékszervünk, az idegek egy hálózata, összeköttetésben a fül belső részével, amely arról tájékoztatja az agyat, hol és hogyan van éppen a test, és milyen helyzetben vannak az egyes testrészek. Ez az az érzék, amelynek nyomán meg tudjuk mondani, hogy éppen fejjel lefelé vagyunk a Föld mágneses mezejéhez képest, vagy amellyel csukott szemmel is érezzük, ha kanyarodik a jármű, amiben utazunk.

Amikor a kifinomult mérőeszközök különböző dolgokat érzékelnek a Földön, hasonló elven működnek. Van egy perifériális szenzoruk, amely kémiai vegyületeket, sugárzást, fényerősséget vagy bármi mást mér, amelyet egy jelátalakító digitális impulzusokká transzformál. Ezt úgy lehet a legjobban elképzelni, ahogy a koncertfelvételből hanglemez készül.

A programozók és mérnökök azt döntik el, az adott érzékelésből mi irreleváns, és mi az, ami van annyira fontos, hogy adott sávszélesség mellett feldolgozásra érdemes. A gépi adatfeldolgozással összevetve az agy, egyszerre, mind az öt érzékszertől érkező információkat kezeli és aszerint, hogy éppen melyiknek van nagyobb jelentősége, rugalmasan rangsorol.

Februárban német kutatók arra a megállapításra jutottak, hogy a makákók hallásért felelős agykéreg képes vizuális információkat is kezelni. Ehhez hasonlóan az emberi agykéreg látásért felelős része is képes másféle információk értelmezésére. Több mint fél évszázada az osztrák Ivo Kohler kutatásai során az agy nagyfokú adaptációs készségről számolt be. Kísérletként, néhány páciensnek olyan szemüveget adott viselésre, amely a látásukat fejjel lefelé fordította. A kísérleti alanyok a szemüveg viselése közben egy idő után látásuk megfordulásáról számoltak be, magyarán az agy alkalmazkodott a megváltozott viszonyokhoz, amikor pedig a kísérlet végén levették a szemüveget, a látás rövid idő után visszaállt.

Később a hatvanas-hetvenes években a Harvard egyetem két neurobiológusa David Hubel és Torsten Wiesel rájött, hogy egy bizonyos életszakaszban kapott vizuális jelbevitel segít az állatoknak, látásért felelős agykérgük jelentős fejlesztésében. Ezen felfedezésükért 1981-ben Nobel-díjon osztoztak.

Végül a kilencvenes években jöttek rá a kutatók, az agyi funkciók tényleges rugalmasságára, vagyis arra, hogy egy adott tevékenységet, a különböző területek képesek egymástól átvenni például agysérülés esetén. Ez pedig nagyon jó hír volt az segédszenzorokat alkotó tudósoknak, mert azt jelenti, hogy az agy képes megváltoztatni, hogy milyen információkat hogyan interpretál. Magyarán egészen addig mindegy melyik érzékszervet használjuk, s az agy mely része dolgozza fel a bejövő jelet, míg képes is dekódolni a beérkezett információkat.

Paul Bach-y-Rita a hatvanas években egy tapintási kijelzőt épített, melyet apja szélütésből való felépülése és az agyi funkciók felcserélhetőségéről szerzett tudása inspirált. Egy 20x20 soros fémpálcákat tartalmazó keretet alkotott, amelyet egy régi fogorvosi szék hátuljára erősített. A rudak úgy működtek, mint a képernyők képpontjai, s olyan képet alkottak, melyet a székben ülők nagy pontossággal felismertek a hátukkal. A nyolcvanas évekre Bach-y-Rita és neurológus csapata a wisconsini egyetemen egy sokkal kifinomultabb verzióját dolgozta ki a láttató széknek. S bár a szakembera tavaly novemberben elhunyt, az általa alapított Wicab nevű vállalat azóta is használja az érintést, érzékszerv-fejlesztésre. A fémpálcák helyett azonban ma már elektródákat vetnek be. A 144, kötegbe kötött elektródát egy "szócsövön" keresztül a nyelvhez kötik, mely azért is különösen hatékony, mert az érzékelők itt egész közel helyezkednek egymáshoz, ráadásul a nyál kiváló vezető.

A "nyelvlátást" lehetővé tévő szenzor

S hogy mindez mire jó? A Wicab egyik kutatója 2000-ben súlyos belsőfül gyulladást kapott, s emiatt teljesen felborult az egyensúlyérzéke, forgott vele a világ, s csak fix tárgyakba kapaszkodva volt képes járni. Ekkor, egyik nap eszébe jutott, miért ne segíthetne ilyen helyzetben is a nyelvre kötött segédérzékszerv.

Az impulzusgenerátorhoz így hozzákötöttek egy mozgásérzékelőt, amelyet egy piciny kör felismerésére programoztak be. Amennyiben a páciens egyenesen állt a nyelve közepén érezte a kör centrumát, míg ha jobbra vagy balra eldönt, a nyelve különböző szélei felé ingott ki az érzet, miközben a kis eszköz segítette a testi egyensúly megtartásában.

A kutatók a felfedezést követően beteg belső füllel élő emberek esetében is kipróbálták a szerkezetet. A kísérlet sikeres volt, ugyanis nem csak hogy segített az egyensúly javításában, de az elektródákkal teli szócső eltávolítása után is megmaradt a hatás órákig, volt hogy napokig.

A sikeren felbuzdulva a Wicab kutatói most további érzékelés kiegészítésre is szeretnék felhasználni a szájba vett pecket. Ma ott tart a kísérlet, hogy egy, az elektródáknak jeleket adó laptopra kötött kamerával, radarként kitapintható/érezhető a környezet. A kísérletek szerint a teljesen sötét szemüvegben „vakon” közlekedő tesztalany, képes elkerülni az útjában álló akadályokat és akár ajtókon is átjutni.

Egy másik wisconsini kísérletben a szájba vett érzékelővel úgy vezetett több pályán keresztül egy szimulátorban a próba alanya, hogy a monitort eltakarták, s csak a "nyelvlátásra" hagyatkozhatott.

A cikk elején említett Wächter azután, hogy vége lett a navigációját segítő kísérletnek, északról kezdett álmodni, s visszatérő félelme volt, hogy eltéved. Úgy érezte, elvették egy érzékszervét. Egy másik az övet kipróbált lány szerint: „a világ kisebb és kaotikusabb lett miután a rezgőket levették mellkasáról”.

A sérült embereket valóban hatékonyan segítő eszközök létrejöttéig még hosszú az út, s a mai pótérzékszervek egyelőre igen rossz „felbontású” képet adnak, valamint igen nehezen kezelhetőek. Azonban nem az érzékeléssel van a fő gond. A végső megoldás attól függ, mikor sikerül az emberiségnek megértenie pontosan, hogyan dolgozza fel az adatokat az  agy, figyelembe véve hogy mindenki másképpen érzékeli a világot.