European Research Council

Jak se cítíte?

Lidské tělo je jako stroj poháněný smysly a  my se chystáme odhalit jeho celý potenciál.

Způsob, jakým člověk vnímá svět, je podivnější, než si myslíte. Výzkumníci Evropské rady pro výzkum poodhalují roušku záhad lidských smyslů, a pomáhají nám tak vidět ušima, cítit zvuk a otvírat nové dveře do světa vnímání. Jejich poznatky již nyní pronikají do oborů robotiky, nositelných technologií a tzv. 9D televizorů.

Co kdybyste mohli vidět ušima? Nebo jazykem?

Není to tak šílené, jak se zdá. Asi před padesáti lety se jeden americký neurolog pokusil navrhnout stroje pro nevidomé, které by jim umožnili svět vidět pomocí miniaturních elektrických impulzů přijímaných jazykem. Posuneme-li se v čase do současnosti, izraelský vědec Amir Amedi je přesvědčen, že ho dělí jen několik let od dokončení vývoje komerčně dostupného zařízení umožňujícího nevidomým „slyšet“ svět okolo nich. Jiní vědci se zase zajímají o způsoby, jakým bychom mohli „vidět“ magnetická pole či infračervené světlo.

Klíčem k těmto zdánlivě vědeckofantastickým vynálezům je porozumění způsobu, jakým lidským mozek vnímá svět – a ukazuje se, že náš mozek je mnohem univerzálnější, než se původně myslelo.  „Dokazuje to, že je lidský mozek flexibilním strojem,“ říká Amedi.

Stojíme na pokraji vědeckých průlomů pro obnovu ztracených smyslů, poskytnutí nových schopností a urychlení vývoje robotů podobajících se člověku. Za vším stojí rozvoj v oblasti základního výzkumu toho, jak mozek vnímá svět – studie, mezi které patří ty, které provedl Dr. Amedi a další vědci, financované Evropskou radou pro výzkum, Evropskou agenturou pro hraniční výzkum. Dopady, které výzkumníci předvídají, budou zásadní, ale i méně zásadní.

 

 

Oko mysli

Nevidomí mohou využít zvuk a hmat k tomu, aby se naučili „vidět“

Jak vidíte svět? Po většinu naší historie zněla odpověď vždy „Svýma očima, to dá přeci rozum!“. S pokrokem vědy se zdálo, že s tímto tvrzením nelze polemizovat. Snímky mozku ukázaly, které oblasti mozku se uvádí do činnosti při provádění konkrétních úkonů, a umožnily tak zmapovat oblasti odpovědné za zrak, sluch, čich, pohyb a mnohé další.

 

Hlavní myšlenkou je princip, podle kterého naše oči zaznamenávají světlo a tuto informaci předávají do mozku pomocí zrakového nervu, přičemž vizuální centrum mozku pak vytváří obraz v naší mysli. Zdálo se naprosto jasné, že lidé, jejichž oči neslouží tak, jak by měly, nemohou nikdy vidět, protože nemohou nijak zaznamenávat světlo. A také se předpokládalo, že vizuální centrum v jejich mozku je buď nečinné, protože nedostává žádné informace z očí, nebo je nevratně využíváno k provádění jiných činností.

Pak přišel americký neurolog Paul Bach-y-Rita. Ten měl v šedesátých letech minulého století radikální myšlenku: Co kdybychom mohli „vizuální“ informace ze světa kolem nás vnímat jedním z našich ostatních smyslů? Dr. Bach-y-Rita se stal průkopníkem na poli „smyslových náhrad“.

Bach-y-Rita při jednom ze svých nejznámějších pokusů propojil černobílou kameru upevněnou na hlavě s elektrodami dotýkajícími se jazyka. Kamera pak vysílala silnější elektrické impulzy, když snímala tmavé předměty, a jemné šimrání, když byla namířena na světlejší odstíny. Díky správnému cvičení se pak nevidomá osoba mohla naučit si vytvořit obraz světa kolem sebe a „viděný“ obraz popsat.

Jednalo se o skutečně revoluční objev. Čím více vědci pokus sledovali, tím více si uvědomovali, že je možné jeden smysl nahradit druhým. Původní teorie o způsobu, jakým člověk vidí svět, tak nebyla úplná špatná, ale spíše neúplná. Ukázalo se, že náš mozek je mnohem flexibilnější – neboli tvárnější – než si všichni mysleli. Jak často říkal sám Dr. Bach-y-Rita: „Nevidíme svýma očima, ale mozkem.“

Ke konci šedesátých let se Bach-y-Rita dokonce pokoušel lidi vycvičit ve vidění pomocí vibrací. Pomocí starého zubařského křesla a velké televizní kamery se pokusil vyrobit přístroj, který by převáděl obraz na sérii vibrací, které by poté bylo možné vnímat jako obraz. Záměr se mu nikdy nepodařilo úplně dotáhnout do konce, ale alespoň tak položil základy pro celé odvětví výzkumu mozku.

„Vidění“ pomocí zvuku?

Posuneme-li se v čase o půl století, zjistíme, že zařízení pro náhradu smyslů se díky obrovským pokrokům v technologii těší obnovenému zájmu.

Někteří vědci se pokusili napodobit systém echolokace, který používají netopýři pro navigaci ve tmě – vysíláním ultrazvukových vln a výpočtem velikosti a tvaru předmětů na základě toho, jak dlouho trvá, než se ultrazvukové vlny odrazí zpět. Jiní badatelé zase převádí obrazy na zvuky. Amir Amedi z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě tento koncept povýšil na novou úroveň – pomocí grantu od Evropské rady pro výzkum odhalil nové poznatky ve vývoji mozku.  

Pomocí Amediho zařízení EyeMusic mohou nevidomí popisovat obličeje, rozpoznávat emoce, držení těla a rozeznávat barvy. Vysoké předměty jsou reprezentovány vysokými tóny, zatímco nízké předměty představují nízké tóny. Šířka předmětu je pak vyjádřena délkou zvuku a barvy vyjadřuje použití různých hudebních nástrojů.

Přestože se vzniklý zvuk ani zdaleka nedá označit za hudbu, 10 hodin cvičení stačí k tomu, aby se člověk naučil základy tohoto nového jazyka – ačkoli naučit se tímto jazykem plynně „hovořit“  trvá mnohem déle. Potenciál pro obnovení zraku u lidí, kteří o něj přišli, je v tomto případě obrovský.

Největší překvapení však na výzkumníky čekalo, když Amediho tým začal skenovat mozky lidí používajících EyeMusic. Ukázalo se, že se vizuální mozková centra u lidí, kteří jsou od narození nevidomí, se aktivovala spolu sluchovým centrem, přičemž dříve se někteří vědci domnívali, že vizuální mozková centra u nevidomých lidí časem zakrní jako nepoužívaný sval. Zvukové signály se do mozku dostávaly přes uši, ale mozek je částečně interpretoval jako obrazové signály.

Amedi se svou prací však ještě není u konce. Jeho laboratoř vyvinula EyeCane – zařízení, které vibruje, když s ním nevidomý člověk před sebou zamává, čímž mu poskytuje informace o vzdálenosti mezi ním a okolními objekty. Uživatelé se takto mohou dostat ven z bludiště se zavázanýma očima. I v tomto případě se v mozku aktivují vizuální centra, přestože je vstupní signál hmatový. Amedi tvrdí, že zařízení je poměrně levné na výrobu a mohlo by být komerčně dostupné již za několik let.

Přehodnocení organizace mozku

Tento druh výzkumu zpochybňuje uznávané teorie o tom, jak si mozek uspořádává informace. Ortodoxní pohled na věc tvrdí, že během raného vývoje člověka existují kritická období, při kterých se organizace v mozku nastavuje pro celý život. Při pokusech, během kterých se nově narozeným myším zakrylo jedno oko, se buňky v jejích mozcích, běžně používané pro informace ze zakrytého oka, přizpůsobily jiné činnosti. Mozky mláďat byly podobně vysoce přizpůsobivé, avšak mozky dospělých jedinců se ukázaly jako méně flexibilní, přičemž konkrétní oblasti byly napevno přiřazeny konkrétním úkonům.

„Dlouho se myslelo, že pokud vidění nezažijete v prvních týdnech či měsících života, vaše vizuální centrum se nevyvine normálním způsobem,“ říká Amedi. „Na tuto myšlenku poté navázala domněnka, že pokud během kritického období v mládí neuvidíte obličeje, nebudete schopni je v dospělosti rozpoznávat.“

Experimenty s použitím senzorického substitučního zařízení EyeMusic u dospělých ukázaly, že toto tvrzení není zcela pravdivé. Přestože nejlepší období pro učení a rozvoj mozku je v raném období života, nevidomí od 40 do 60 let se mohou naučit „vidět“ za pouhých 10 hodin cvičení.

Ne každý je však o tom přesvědčen. Kevin O’Regan z Laboratoře pro psychologii vnímání na Univerzitě Paříž V tvrdí, že skutečnost, že se vizuální mozková kůra aktivuje po zvukové stimulaci, nemusí být tak nezvratným důkazem, jak by se mohlo zdát.

„Dr. Amedi ukázal, že když jste nevidomí, uvolní se ve vašem mozku oblast spojená s optickým nervem,“ vysvětluje. „Nevyvozoval bych z toho závěry, že lidé vidí zvuky: vizuální mozková kůra se v těchto případech použijte, protože je to část mozku, která je zrovna dostupná, neznamená to, že je spjata s vizuálními impulzy.“

Budoucnost

Jaké jsou tedy další kroky na poli senzorické substituce? Vyzbrojen znalostmi o flexibilitě dospělého mozku pracuje Dr. Amedi  na systému kombinujícím algoritmus EyeMusic s nejnovější technologií počítačového zobrazování a snímání, aby tak vytvořil ucelenější obraz. „Umělá inteligence se v rozpoznávání objektů neustále zlepšuje. Tuto technologii chceme zkombinovat se zařízením EyeMusic, a případně přidat hmatovou rukavici pro další smyslový vstup.“

Počítač vám může sdělit, o jaký předmět se jedná a kde se nachází a toto vám zprostředkovávat pomocí kombinace zvuku a vibrací pro vytvoření obrazu v mysli.

To vše vede k otázce, co vlastně vidění – nebo sluch či hmat – skutečně je.