الهندسة العصبية – الحركة مع الفكر الأول / ميجيل أ.ل. نيكولاليس

إن فكرة أن المصابين بالشلل النصفي سيتمكنون يومًا ما من التحكم في أطرافهم بقوة الفكر وحدها لم تعد مجرد خيال في هوليوود.

وربما يتذكرها المليارات من مشاهدي المباراة الافتتاحية لبطولة كأس العالم لكرة القدم، والتي من المقرر أن تقام في البرازيل عام 2014، ليس فقط للأهداف التي سجلها الفريق البرازيلي والبطاقات الحمراء التي تلقاها منافسه. في ذلك اليوم، يخطط مختبري في جامعة ديوك بالولايات المتحدة، والمتخصص في تطوير تقنيات للتحكم في الأطراف الآلية باستخدام الإشارات الكهربائية من الدماغ، لتحقيق علامة فارقة في التغلب على الشلل.

وإذا تمكنا من التغلب على العقبات الهائلة التي لا تزال تقف أمامنا، فإننا نأمل أن يتمكن صبي (أو فتاة) مشلول، الذي سينزل إلى الملعب وهو يرتدي بدلة الجسم الآلية والمنتخبات الوطنية المتنافسة إلى جانبه، من ركل الركلة الافتتاحية. هذه البدلة، التي نسميها "الهيكل الخارجي"، سوف تغطي ساقيه. سيتم تنفيذ خطواته الأولى في الملعب من خلال تعليمات إشارات الحركة التي تنشأ في دماغ الصبي والتي سيتم نقلها لاسلكيًا إلى وحدة كمبيوتر بحجم جهاز كمبيوتر محمول سيحملها على ظهره. سيقوم الكمبيوتر بترجمة الإشارات الكهربائية من الدماغ إلى أوامر حركية رقمية، بحيث يتمكن الهيكل الخارجي من تثبيت وزن جسم اللاعب ومن ثم تنسيق سلسلة من الحركات للأمام والخلف مع الأرجل الآلية التي سترشده على العشب المقطوع. عندما تقترب من منتصف الملعب، سيتخيل منفذ الركلة أن قدمك تلامس الكرة. وبعد مرور ثلاثمائة جزء من الألف من الثانية، يتم إطلاق الإشارات من الدماغ إلى الساق الآلية للهيكل الخارجي للضغط تحت كرة الجلد وإطلاقها على الطريقة البرازيلية.

الائتمان: كامب رامييه

سيثبت هذا العرض العلمي لتقنية جديدة وثورية لمليارات المشاهدين أن التحكم الدماغي في الآلات قد تجاوز حدود العروض التوضيحية المخبرية والمناقشات المستقبلية ووصل إلى عصر جديد - عصر توفر فيه الأدوات بالفعل القدرة على الحركة للمرضى ذوي الإعاقة المحدودة التنقل بسبب الإصابة أو المرض. نحن نحرز تقدمًا بالتعاون مع كيانات في أوروبا والبرازيل نحو التكنولوجيا التي ستتواصل بين الدماغ والأجهزة الميكانيكية أو الإلكترونية أو الافتراضية، ربما في وقت مبكر من العقد المقبل. سيعيد هذا التطور القدرة على الحركة ليس فقط لضحايا الحوادث والحرب، ولكن أيضًا للمرضى الذين يعانون من التصلب الجانبي الضموري (المعروف أيضًا باسم "مرض لو جيريج")، ومرض باركنسون والأمراض الأخرى التي تتداخل مع الحركات الحركية مثل مد اليد، والإمساك، والمشي، والإنتاج. خطاب. إن الأجهزة التعويضية العصبية، أو واجهات الدماغ والآلة، ستسمح للعلماء بتحقيق ما هو أكثر بكثير من مجرد مساعدة المعاقين. وسوف تمكن من استكشاف العالم بطرق ثورية، مما يمنح البشر الأصحاء القدرة على زيادة مهاراتهم الحسية والحركية.

في هذا السيناريو المستقبلي، ستعمل موجات الدماغ الطوعية، الأبجدية التي تشكل أساس التفكير البشري، على تشغيل الروبوتات من جميع الأحجام، والتحكم في المناطيد عن بعد، وربما تسمح أيضًا بتبادل الأفكار والمشاعر بين البشر، في شبكة جماعية قائمة على الدماغ.

الآلات تقرأ العقول
لا تزال بدلة الجسم خفيفة الوزن، المخصصة للاعبين الذين لم يتم اختيارهم بعد، في مراحل التطوير. ويجري حاليًا بناء نموذج أولي في مختبر صديقي وزميلي العزيز جوردون تشينج في الجامعة التقنية في ميونيخ. تشينغ هو أيضًا أحد مؤسسي مشروع Walk Again - وهو تعاون دولي غير ربحي بين مركز الهندسة العصبية بجامعة ديوك، والجامعة التقنية في ميونيخ، والمعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان، ومعهد إدموند وليلي سافرا الدولي. للعلوم الدماغ في ناتال، البرازيل. وفي الأشهر المقبلة، سينضم إلى هذا المشروع الدولي العديد من الأعضاء الجدد، بما في ذلك الجامعات ومعاهد البحوث الشهيرة من جميع أنحاء العالم.

يعتمد المشروع على ما يقرب من عقدين من العمل الرائد الذي تم إنجازه في جامعة ديوك حول واجهات الدماغ والآلة، وهو البحث الذي نشأ في حد ذاته من الدراسات التي أجريت في الستينيات، عندما حاول العلماء الاتصال بأدمغة الحيوانات ومعرفة ما إذا كان من الممكن إطعامها. إشارة عصبية إلى جهاز الكمبيوتر واستخدامها لتشغيل جهاز ميكانيكي. في تسعينيات القرن العشرين والعقد الأول من هذا القرن، قمت أنا وزملائي في جامعة ديوك بتطوير طريقة لزرع مئات من أجهزة الاستشعار المرنة الرفيعة للغاية، والتي تسمى الأسلاك الدقيقة، في أدمغة الجرذان والقردة. في السنوات العشرين الماضية، أظهرنا كيف أن هذه النتوءات المرنة قادرة، بمجرد زرعها، على اكتشاف إشارات كهربائية صغيرة، تسمى إمكانات الفعل، والتي تنتجها مئات الخلايا العصبية المنفردة الموجودة في القشرة الأمامية والجدارية - وهي المناطق التي تحدد دائرة دماغية ضخمة مسؤولة عن خلق الحركات الإرادية.
طوال عقد كامل من التجارب على الحيوانات، تم استخدام هذه الواجهة لترجمة الإشارات من الدماغ لخلق حركة في الأذرع والأيدي والأرجل الآلية. حدث الإنجاز المهم في عام 2011، عندما تعلم قردان في مختبرنا التحكم بعقولهما في يد كمبيوتر افتراضية، والتي لمست الأشياء في العالم الافتراضي ولكنها أعادت أيضًا إشارة ردود الفعل من "اللمسة الاصطناعية" مباشرة إلى دماغ كل قرد. وبمساعدة البرنامج، تمكنا من تدريب الحيوانات على الشعور بلمسة الأصابع الافتراضية التي يتم التحكم فيها مباشرة بواسطة أدمغتها.

بدأت جمعية Walk Again، بمساعدة فريق دولي من الباحثين في علم الأعصاب وعلماء الروبوتات وعلماء الكمبيوتر وجراحي الأعصاب والمتخصصين في إعادة التأهيل، في استخدام هذه النتائج التي ظهرت من الدراسات على الحيوانات، وتمهيد طريقة جديدة تمامًا لإعادة التأهيل والتدريب الشديد. أشخاص مشلولون يستخدمون تقنيات واجهة الدماغ - آلة لاستعادة القدرة على الحركة البدنية الكاملة. في الواقع، ستتم الخطوات الأولى لمسيرتنا الاحتفالية المستقبلية في "كهف البيئة الافتراضية الآلي" - وهي غرفة واقع افتراضي متقدمة تحتوي على شاشات مثبتة على جميع جدرانها وأرضيتها وسقفها. سيرتدي مرشحنا، الذي يجب أن يكون شابًا وخفيف الوزن في هذه المرحلة من التكنولوجيا، نظارات ثلاثية الأبعاد وغطاء للرأس يكتشف موجات الدماغ بطريقة غير جراحية (باستخدام تخطيط كهربية الدماغ (EEG) وتخطيط الدماغ المغناطيسي). سوف ينغمس في البيئة الافتراضية التي ستهاجمه من جميع الجهات ويتعلم التحكم في حركات الجسم الافتراضي بقوة الفكر وحده. وشيئا فشيئا، ستصبح حركات هذا الجسم أكثر تعقيدا، حتى تصل إلى مستوى التحكم الدقيق اللازم للمشي على الأسطح غير المستوية، أو لفتح غطاء جرة مربى افتراضية.
الاتصال بالخلايا العصبية

تعد الحركات الميكانيكية للهيكل الخارجي الفعلي أكثر تعقيدًا من حيث أداء حركات الجسم الافتراضي، لذلك يجب أن تكون التكنولوجيا والتدريب أكثر تعقيدًا. وللتحكم في الأطراف الآلية، سيكون من الضروري أيضًا زرع أقطاب كهربائية في الدماغ. لن نكتفي بوضع الغرسة تحت الجمجمة، ولكن سيتعين علينا أيضًا زيادة عدد الخلايا العصبية التي "ستقرأها" في نفس الوقت في جميع أنحاء القشرة الدماغية. سيتم وضع العديد من أجهزة الاستشعار في القشرة الحركية - وهي منطقة في الفص الجبهي مرتبطة بإنتاج الأنماط الحركية، والتي يتم نقلها عند الأشخاص الأصحاء إلى الحبل الشوكي، والذي منه الخلايا العصبية الأخرى التي تنسق عمل الجهاز العصبي المركزي. تخرج العضلات. (يعتقد بعض العلماء أنه سيكون من الممكن تحقيق مثل هذا التفاعل بين الدماغ والعضلات حتى من خلال طريقة غير جراحية لتسجيل نشاط الدماغ، مثل AEG، ولكن هذا الهدف لم يتحقق بعد في الممارسة العملية).

اخترع جيري ليهيو من مجموعتي في جامعة ديوك نوعًا جديدًا من أجهزة الاستشعار: مكعب استقبال، عندما يتم زرعه في الدماغ، يكون قادرًا على التقاط الإشارات من منطقة ثلاثية الأبعاد من القشرة الدماغية. على عكس أجهزة استشعار الدماغ السابقة، والتي تم تصميمها على شكل صفائف مسطحة من الأقطاب الكهربائية التي تكتشف أطرافها الإشارات العصبية الكهربائية، يرسل مكعب ليهيو أجهزة استشعار دقيقة رفيعة إلى الأعلى والأسفل والجوانب خارج القناة المركزية.

يحتوي الإصدار الحالي من المكعب الخاص بنا على ما يصل إلى 1,000 سلك تسجيل صغير. وبما أن كل سلك قادر على تسجيل الإشارات من أربعة أو ستة خلايا عصبية فردية، فإن كل مكعب قادر على استقبال النشاط الكهربائي من 4,000 إلى 6,000 خلية عصبية. وبافتراض أننا نستطيع زرع عدد قليل من هذه المكعبات في القشرة الأمامية والجدارية، وهي المناطق المسؤولة عن اتخاذ القرار والتحكم العالي المستوى في الحركة، فيمكننا في الوقت نفسه أخذ عينات من عشرات الآلاف من الخلايا العصبية. وفقًا لنموذجنا البرمجي النظري، فإن مثل هذا التصميم كافٍ لخلق مرونة الحركة اللازمة لتشغيل الهيكل الخارجي ذو القدمين واستعادة الحركة المستقلة لمرضانا.

للتعامل مع تدفق البيانات القادمة من هذه المستشعرات، فإننا نحرز أيضًا تقدمًا في تطوير جيل جديد من الرقائق العصبية التي تم تكييفها خصيصًا لمهمة محددة. سيتم زرع مثل هذه الرقائق في جمجمة المريض جنبًا إلى جنب مع الأقطاب الكهربائية الدقيقة وستستخرج أوامر المحرك الأولية اللازمة لتشغيل الهيكل الخارجي الكامل.

وبطبيعة الحال، فإن الإشارات الواردة من الدماغ يجب أن تنتقل إلى الأطراف الصناعية. قام تيم هنسون، الذي حصل مؤخرا على درجة الدكتوراه في جامعة ديوك، ببناء نظام تسجيل لاسلكي مكون من 128 قناة مزود برقائق وأجهزة استشعار يمكن زرعها في الجمجمة. النظام قادر على نقل موجات الدماغ المسجلة إلى جهاز استقبال بعيد. يتم الآن اختبار الإصدار الأول من هذه الرقائق العصبية بنجاح على القرود. في الواقع، شاهدنا منذ وقت ليس ببعيد أول قرد يقوم بتشغيل واجهة بين الدماغ والآلة تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، والتي تنقل الإشارات لاسلكيًا من الدماغ. وفي يوليو 2012، قدمنا ​​طلبًا إلى الحكومة البرازيلية للحصول على إذن لاستخدام هذه التكنولوجيا على البشر.

في لعبة كرة القدم المستقبلية، سيتم نقل البيانات من أنظمة التسجيل لاسلكيًا إلى وحدة معالجة محوسبة صغيرة ستكون في حقيبة الظهر. ستقوم العديد من المعالجات الرقمية بتشغيل خوارزميات برمجية مختلفة، والتي ستترجم الإشارات الحركية إلى أوامر رقمية يمكنها التحكم في الأجزاء المتحركة، أو المحركات، التي ستنتشر فوق مفاصل البدلة الروبوتية - أجزاء الأجهزة التي تحدد موضع الأطراف الاصطناعية في الهيكل الخارجي.

قوة الدماغ
ستسمح الأوامر لمرتدي الهيكل الخارجي بالمشي أو الإبطاء أو الإسراع أو الانحناء أو صعود الدرج. سيتم التعامل مع بعض التعديلات الوضعية للأجهزة الاصطناعية مباشرة من خلال الدوائر الكهروميكانيكية للهيكل الخارجي، دون أي مدخلات عصبية. سيظل هذا الثوب الذي يشبه بدلة الفضاء مرنًا وسيظل يوفر الدعم الهيكلي للجسم - وهو بديل للعمود الفقري البشري. إن واجهة الدماغ والآلة، التي ستستفيد استفادة كاملة من الجمع بين إشارات التحكم من الدماغ وردود الفعل الإلكترونية القادمة من المحركات، ستسمح للاعبنا في كأس العالم - كما نأمل - بالتحرك حسب الرغبة بكل معنى الكلمة. .

لن يتحرك منفذ الركلة باستخدام الهيكل الخارجي فحسب، بل سيشعر أيضًا بالأرض التي سيخطو عليها. وسيعمل الهيكل الخارجي على استعادة حاسة اللمس والتوازن بمساعدة أجهزة الاستشعار المجهرية، التي ستشعر بحجم القوة المتولدة نتيجة لحركة معينة، وتعيد المعلومات إلى الدماغ. يجب أن يكون اللاعب الذي ينفذ الركلة قادرًا على الشعور بالاتصال الذي يحدث بين إصبع القدم والكرة.

تُظهر خبرتنا التي تمتد لعشر سنوات في بناء واجهات بين الدماغ والآلة أنه بمجرد أن يبدأ اللاعب في التفاعل مع الهيكل الخارجي، سيبدأ دماغه في دمج الجسم الآلي كامتداد فعلي لإدراك جسده. إن الخبرة المتراكمة من هذا الشعور المستمر بالاتصال بالأرض ووضع الأرجل الروبوتية ستسمح له بالتحرك بخطوات سلسة، في الملعب أو على الرصيف. وتتطلب جميع مراحل المشروع اختبارات صارمة ومستمرة في التجارب على الحيوانات قبل أن يصبح من الممكن التحول إلى استخدامها على البشر. كما يجب أن تتم الموافقة على جميع الإجراءات من قبل السلطات التنظيمية في البرازيل والولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا لضمان الرقابة العلمية والأخلاقية المناسبة. وعلى الرغم من كل عدم اليقين، والوقت القصير اللازم لإكمال العرض العام الأول، فإن الفكرة البسيطة لمثل هذا الهدف الطموح أدت إلى يقظة غير مسبوقة تقريبًا في الاهتمام بالعلم في المجتمع البرازيلي.

جهاز التحكم
إن الركلة الافتتاحية لكأس العالم ــ أو إذا فاتنا الموعد النهائي، تنظيم حدث مماثل مثل الألعاب الأولمبية والألعاب الأولمبية للمعاقين في ريو دي جانيرو في عام 2016 ــ ستكون أكثر من مجرد عمل لمرة واحدة. يمكن الحصول على تلميح لما يمكن تحقيقه بمساعدة هذه التكنولوجيا من تجربة مكونة من مرحلتين على القرود والتي تم الانتهاء منها بالفعل. في عام 2007، قام فريقنا البحثي في ​​جامعة ديوك بتدريب قرود الريسوسي على المشي بشكل مستقيم على جهاز المشي أثناء قياس النشاط الكهربائي لأكثر من 200 خلية عصبية قشرية. وفي الوقت نفسه، أنشأ جوردون تشينج، الذي كان حينها يعمل في مختبرات ATR للروبوتات الذكية والاتصالات في كيوتو باليابان، بروتوكول إنترنت فائق السرعة سمح لنا بنقل تدفق البيانات العصبية مباشرة إلى كيوتو. تم إدخال البيانات في وحدات التحكم الإلكترونية للروبوت البشري CB1. في النصف الأول من هذه التجربة العالمية، اختبر تشينج ومجموعتي خوارزميات تم تطويرها مسبقًا لترجمة الأفكار للتحكم في الأذرع الآلية. وأظهرت التجربة أن هذه الخوارزميات يمكنها ترجمة أنماط النشاط العصبي المتضمن في الحركة ذات القدمين إلى مشي زوج من الأرجل الميكانيكية.

وكانت نتائج النصف الثاني من التجربة أكثر إثارة للدهشة. فبينما كانت إحدى أمينات الصندوق لدينا، وهي إيدويا، تمشي على جهاز المشي في دورهام بولاية نورث كارولينا [مقر جامعة ديوك]، كانت واجهة الدماغ والآلة التي أنشأناها تنقل دفقًا مستمرًا من بيانات نشاطها الكهربائي من خلال اتصال تشينغ بالإنترنت بمدينة كيوتو. تعرف الروبوت CB1 على أوامر المحرك وبدأ في المشي أيضًا، على الفور تقريبًا. في البداية كان يحتاج إلى القليل من الدعم عند الخصر، ولكن في تجارب لاحقة بدأ يتحرك بشكل مستقل استجابة للأوامر التي يصدرها دماغ كوبا على الجانب الآخر من العالم.

علاوة على ذلك، حتى عندما توقف جهاز المشي وتوقفت Idoya عن المشي، كانت لا تزال قادرة على التحكم في حركات ساق CB1 في كيوتو، وذلك ببساطة عن طريق مراقبة الأرجل المتحركة من خلال التقاط الفيديو في الوقت الفعلي والتفكير في كل خطوة كان على CB1 اتخاذها. واستمرت في توليد أنماط الدماغ اللازمة لجعل الروبوت يمشي، حتى عندما لم يكن جسدها يقوم بالحركة الحركية. أظهر هذا العرض التوضيحي للواجهة بين الدماغ والآلة العابرة للقارات أن الإنسان أو القرد يمكنه بسهولة تجاوز المكان والقوة والوقت وتحرير أوامر الدماغ من القيود المادية للجسم البيولوجي الذي يتواجد فيه الدماغ وإرسالها إلى عالم آخر. جهاز من صنع الإنسان يقع بعيدًا عن الفكر الذي أنتج الحركة الأصلية. .

ويبدو من هذه التجارب أنه بمساعدة واجهات الدماغ والآلة، يمكننا تشغيل الروبوتات في بيئات لن يتمكن البشر أبدًا من الوصول إليها بأجسامهم. يمكن لأفكارنا تشغيل أدوات جراحية مجهرية داخل جسم الإنسان، أو التحكم في روبوت بشري يحاول إصلاح تسرب في محطة للطاقة النووية.

وستكون الواجهة أيضًا قادرة على التحكم في الأدوات التي تمارس قوة أكبر بكثير، أو أقل بكثير، مما يبذله جسمنا، وبالتالي كسر القيود اليومية على القوة التي يمكن للشخص أن يمارسها. لقد أدى الارتباط بين دماغ القرد والروبوت الذي يشبه الإنسان إلى القضاء بالفعل على قيود الساعة: فقد استغرقت رحلة إيدويا الذهنية حول العالم 20 مللي ثانية - أي أقل من الوقت الذي تستغرقه لتحريك أحد حذائها.

إن العمل الذي قمنا به مع القرود لا يمنحنا رؤية ملهمة للمستقبل البعيد فحسب، بل يمنحنا أيضًا الثقة في أن خطتنا قابلة للتنفيذ. وحتى وقت كتابة هذا المقال، ننتظر لنرى ما إذا كان الاتحاد الدولي لكرة القدم (فيفا)، المسؤول عن تنظيم الحفل، سيوافق على اقتراحنا بمشاركة شاب مصاب بالشلل في ساقيه في حفل الافتتاح. من مباريات كأس العالم 2014. والحكومة البرازيلية، التي تنتظر أيضًا رد الفيفا، تؤيد طلبنا من حيث المبدأ.

هناك صعوبات بيروقراطية وعلمية تواجه تحقيق رؤيتنا، لكنني لا أستطيع التوقف عن تخيل كيف سيكون الأمر، عندما يشاهد ثلاثة مليارات شخص مسيرة قصيرة وتاريخية على العشب الأخضر للميدان - عندما يشاهد شاب برازيلي مشلول سيقف الإنسان، ويمشي مرة أخرى تحت إرادته، ويركل الكرة ويسجل هدفًا لا يُنسى للعلم في بلد متخصص في هذه اللعبة العظيمة.

عن المؤلف
ميغيل أل نيكوليليس هو أحد الرواد في مجال الأطراف الصناعية العصبية. وهو أستاذ علم الأعصاب في كلية الطب بجامعة ديوك، وأحد مديري مركز الجامعة للهندسة العصبية.

ملخص
يمكن لموجات الدماغ التحكم في حركة علامة الكمبيوتر، والأذرع الآلية، وقريبًا أيضًا بدلة كاملة: هيكل خارجي يسمح للأشخاص المشلولين بالمشي وربما التحرك بخفة.
يعد إرسال الإشارات من القشرة الدماغية الخارجية بغرض إنتاج الحركة في الهيكل الخارجي نتاجًا متقدمًا للعديد من التقنيات الكهربائية الحيوية، والتي تم إتقانها في السنوات الأخيرة.
ستكون المباراة الافتتاحية لكأس العالم لكرة القدم 2014 في البرازيل بمثابة مرحلة لإظهار استخدام الهيكل الخارجي الذي يتم التحكم فيه عن طريق العقل، إذا بدأ شاب معاق ركلة البداية الاحتفالية كما هو مخطط له.

الجدول الزمني
الطريق الطويل للأطراف الاصطناعية التي تسيطر عليها العقل
لقد عرفت الأطراف البديلة منذ آلاف السنين، كاستجابة عقلانية للحاجة الناشئة عن جروح الحرب والعيوب الخلقية والإصابات الأخرى. اليوم، أصبحت التكنولوجيا متطورة للغاية لدرجة أنه من الممكن التحكم في عضو اصطناعي باستخدام الإشارات الكهربائية المنقولة مباشرة من الدماغ.
1500-1000 قبل الميلاد
أول إشارة تاريخية
يذكر كتاب هندوسي مقدس، كتب خلال هذه الفترة، أن فيشبالا بُترت ساقها بعد إصابتها في المعركة. وتم استبدال ساقها بطرف اصطناعي حديدي، مما سمح لها بالعودة إلى الجيش.
القرن الرابع قبل الميلاد
اكتشاف قديم
أحد أقدم الأعضاء الاصطناعية التي تم اكتشافها، والتي تظهر هنا نسخة منها، تم العثور عليها خلال أعمال التنقيب في جنوب إيطاليا عام 1858. تم صنعه حوالي عام 300 قبل الميلاد، من النحاس والحديد، وربما كان مخصصًا لشخص بترت ساقه من تحت الركبة.
القرن 14
المدافع وعمليات بتر الأطراف
أدى ظهور البارود على جبهات الحرب في أوروبا إلى زيادة عدد الجنود الجرحى بشكل كبير. في القرن السادس عشر، طور أمبرواز باري، الطبيب الملكي للعديد من ملوك فرنسا، تقنيات لربط الأطراف العلوية والسفلية بالمصابين، وأعاد استخدام الأربطة لوقف تدفق الدم.
1861-1865
الحرب الأهلية الأمريكية
تسببت الحرب بين الشمال والجنوب في العديد من عمليات بتر الأطراف. كان العميد ستيفن جوزيف ماكجروارتي أحد المعترضين. أدى التمويل الحكومي الواسع النطاق وتوافر أدوية التخدير، مما سمح بإجراء عمليات جراحية أطول، إلى تحسين تكنولوجيا الأطراف الاصطناعية خلال هذه الفترة.
1963
واجهة الدماغ البدائية
قام خوسيه مانويل رودريغيز ديلجادو بزراعة قطب كهربائي يتم التحكم فيه عن بعد في النواة المذنبة، عميقًا داخل دماغ الثور، وجعله يتوقف عن الجري بضغطة زر. سبق هذا الجهاز واجهات الدماغ والآلة الحديثة.
1969
تجارب رائدة
أجرى إيبرهارد بيتز من جامعة واشنطن تجربة تم فيها تدريب القرود على تنشيط الإشارات الكهربائية في الدماغ للتحكم في نشاط خلية عصبية واحدة، والتي تم قياسها باستخدام قطب كهربائي معدني دقيق.
الستينيات
الاستماع إلى موجات الدماغ
اكتشف أبوستولوس جورجيوبولوس من جامعة جونز هوبكنز نمطًا من النشاط الكهربائي في الخلايا العصبية الحركية لدى قرود الصرصور الريسوسي، والذي ظهر عندما أدارت أيديها في اتجاه معين.
أوائل التسعينيات
توصيل
قام جون شابين، الذي يعمل الآن في جامعة ولاية نيويورك، وميغيل أل. نيكولاليس بتطوير تقنية تسمح بالتسجيل المتزامن لعشرات من الخلايا العصبية المنفصلة باستخدام أقطاب كهربائية مزروعة بشكل دائم، مما يمهد الطريق للبحث في واجهات الدماغ والآلة.
1997
تحسين الحركة
وظهرت الركبة الاصطناعية C-LEG، والتي يتم التحكم فيها عن طريق وحدة تحكم دقيقة، والتي تتيح في نسختها الحالية للمستخدم تفعيل الإعدادات المخصصة لأنشطة مثل ركوب الدراجات.
1999-2000

ردود الفعل الإيجابية
نشر مختبر شابين ونيكولا أول وصف لواجهة الدماغ والآلة، التي يتم تنشيطها من خلال نشاط الدماغ لدى الفئران. شهدت الحيوانات الحركة من خلال إشارة ردود فعل بصرية. وبعد مرور عام، نشر مختبر نيكولاي أول دراسة يتحكم فيها قرد في حركات ذراع آلية باستخدام نشاط الدماغ فقط.
2008-2012
بليد عداء
لم يستوف أوسكار بيستوريوس [المعروف باسم بليد رانر] معايير الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 2008، لكنه حقق فوزًا كبيرًا في الألعاب البارالمبية، حيث وصل إلى الدور نصف النهائي في سباق 400 متر في بطولة العالم لألعاب القوى 2011 في دايجو، كوريا الجنوبية. [شارك بيستوريوس في أولمبياد لندن عام 2012 والألعاب البارالمبية التي تلتها - المحررون].
2011
القرد يفكر، والشخصية الافتراضية تنفذ
أظهر فريق نيكولاليس في مركز الهندسة العصبية بجامعة ديوك كيف يستطيع القرد استخدام الأفكار للتلاعب بحركات الشخصية الافتراضية (الصورة الرمزية).
2012
من عقلي إلى ذراعي الآلية
أظهر جون دونوهيو من جامعة براون وزملاؤه أن الشخص الذي لديه زراعة دماغية قادر على التعامل مع ذراع آلية لالتقاط مشروب باستخدام نظام الواجهة العصبية BRAINGATE.

المزيد عن هذا الموضوع
التحكم بالروبوتات عن طريق العقل ميغيل آل نيكوليليس وجون ك. شابين في مجلة Scientific American، المجلد. 287، لا. 4، الصفحات 46-53؛ أكتوبر 2002.
التحكم القشري في الذراع الاصطناعية للتغذية الذاتية. ميل فيليست وآخرون. في الطبيعة، المجلد. 453، الصفحات 1098-1101؛ 19 يونيو 2008.
ما وراء الحدود: علم الأعصاب الجديد لربط العقول بالآلات، وكيف سيغير ذلك حياتنا. ميغيل نيكوليليس. شارع. مارتن غريفين، 2012.
2014

ركلة سايبورغ الافتتاحية
ويعتزم مختبر نيكولاي إنتاج هيكل خارجي لشاب معاق، سيركل الركلة الافتتاحية لكأس العالم لكرة القدم في البرازيل.