European Research Council

Πώς αισθανόμαστε;

Το σώμα είναι μια μηχανή αισθήσεων. Θα ξεκλειδώσουμε όλες τις δυνατότητές του.

Το πώς αντιλαμβάνονται οι άνθρωποι τον κόσμο είναι πιο παράξενο από ό,τι νομίζουμε. Ερευνητές του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας (ΕΣΕ) ξετυλίγουν τα μυστήρια των αισθήσεων, βοηθώντας μας να δούμε με τα αυτιά μας, να αισθανθούμε τον ήχο και να εξερευνήσουμε νέες διόδους αντίληψης. Οι γνώσεις τους ήδη διεισδύουν στη ρομποτική, τις φορέσιμες τεχνολογίες και τις 9-διάστατες (9D) τηλεοράσεις.

 

 

 

 

 

Φανταστείτε να μπορούσατε να δείτε με τα αυτιά σας! Ή με τη γλώσσα σας!

Δεν είναι τόσο τρελό όσο ακούγεται. Περίπου 50 χρόνια πριν, ένας Αμερικανός νευροεπιστήμονας προσπάθησε να σχεδιάσει μηχανήματα που να δίνουν στους τυφλούς τη δυνατότητα να αποκτούν μια αίσθηση του κόσμου με πολύ μικρούς ηλεκτρικούς παλμούς που στέλνονταν στη γλώσσα. Από την άλλη πλευρά, σήμερα, στο Ισραήλ, ο επιστήμονας Amir Amedi πιστεύει ότι λίγα χρόνια τον χωρίζουν από μια εμπορική συσκευή που θα δίνει στους τυφλούς τη δυνατότητα να «ακούνε» τις εικόνες γύρω τους. Επίσης, άλλοι επιστήμονες διερευνούν το πώς θα μπορούσαμε να «δούμε» μαγνητικά πεδία ή υπέρυθρο φως.

Η ουσία πίσω από όλα αυτά που φαίνονται επιστημονική φαντασία είναι να κατανοήσουμε πώς αντιλαμβάνεται ο εγκέφαλος τον κόσμο -και από ό,τι φαίνεται είναι πολύ πιο ευέλικτος από ό,τι περιμέναμε. «Αυτό αποδεικνύει ότι ο εγκέφαλος είναι μια ευέλικτη μηχανή που εκτελεί εργασίες», υποστηρίζει ο Amedi.

Απέχουμε ελάχιστα από φοβερές ανακαλύψεις που θα αποκαταστήσουν τις χαμένες μας αισθήσεις, θα μας δώσουν νέες ικανότητες και θα επιταχύνουν την ανάπτυξη ανθρωποειδών ρομπότ. Προηγήθηκε μια έκρηξη στη βασική έρευνα του πώς αντιλαμβάνεται ο εγκέφαλος τον κόσμο -μελέτες που περιλαμβάνουν το έργο του Amedi και άλλων που χρηματοδοτούνται από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας, τον οργανισμό της ΕΕ για την έρευνα αιχμής. Όλα αυτά, προβλέπουν οι συγκεκριμένοι ερευνητές, θα έχουν αντίκτυπο σε πολλούς τομείς, από τους πιο σοβαρούς έως, ας πούμε, τους λιγότερο σοβαρούς: ετοιμαστείτε για χολιγουντιανές ταινίες με «οσφρητική επένδυση»

 

 

Το μάτι του μυαλού

Οι τυφλοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν τον ήχο και την αφή για να μάθουν να «βλέπουν»

Πώς βλέπεις τον κόσμο; Για το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας, η απάντηση ήταν «με τα μάτια μου (φυσικά)». Με την πρόοδο της επιστήμης, αυτό φάνηκε να επιβεβαιώνεται. Εγκεφαλικές απεικονίσεις που δείχνουν ποιες περιοχές του εγκεφάλου ενεργοποιούνται όταν εκτελούμε συγκεκριμένες εργασίες βοήθησαν να χαρτογραφήσουμε τους τομείς που είναι υπεύθυνοι για την όραση, την ακοή, την όσφρηση, την κίνηση -και πολλά άλλα επίσης.

 

 

Το σκεπτικό ήταν ότι τα μάτια μας ανιχνεύουν το φως και μεταβιβάζουν την πληροφορία αυτή στον εγκέφαλο κατά μήκος του οπτικού νεύρου, όπου το οπτικό κέντρο αναδημιουργεί την εικόνα στο μάτι του μυαλού μας. Φαινόταν προφανές ότι οι άνθρωποι με μη λειτουργικά μάτια δεν θα έβλεπαν ποτέ επειδή δεν μπορούν να ανιχνεύσουν το φως. Μάλιστα θεωρούνταν ότι τα οπτικά κέντρα στον εγκέφαλό τους ήταν είτε αδρανή επειδή δεν λάμβαναν ποτέ καμία πληροφορία από το μάτι είτε αναλάμβαναν άλλες εργασίες με μη αναστρέψιμο τρόπο. 

Και ύστερα ήρθε ο Αμερικανός νευροεπιστήμονας Paul Bach-y-Rita. Τη δεκαετία του ’60 είχε μια ριζοσπαστική ιδέα: τι θα συνέβαινε αν μπορούσαμε να αντιληφθούμε τις «οπτικές» πληροφορίες για τον κόσμο γύρω μας με μια άλλη αίσθησή μας; Ο Bach-y-Rita έγινε πρωτοπόρος στην «αισθητηριακή υποκατάσταση».  

Σε μια από τις πιο γνωστές προσπάθειές του, συνέδεσε μια ασπρόμαυρη φωτογραφική μηχανή, τοποθετημένη στο κεφάλι, με ηλεκτρόδια που αγγίζουν τη γλώσσα. Η φωτογραφική μηχανή έστελνε ισχυρότερους ηλεκτρικούς παλμούς στη γλώσσα όταν αντίκριζε σκούρα αντικείμενα και ένα απαλό μυρμήγκιασμα όταν έβλεπε πιο ανοιχτές αποχρώσεις. Με την κατάλληλη εκπαίδευση, ένα τυφλό άτομο μπορούσε να μάθει να σχηματίζει την εικόνα του κόσμου γύρω του και να περιγράψει αυτή την εικόνα που «έβλεπε».

 

 

Ήταν μια επαναστατική ανακάλυψη. Όσο ερευνούσαν ο επιστήμονες, τόσο μάθαιναν ότι μια αίσθηση μπορούσε να υποκατασταθεί από μια άλλη. Η αρχική θεωρία για το πώς βλέπουμε δεν ήταν τελείως λάθος, αλλά ήταν ελλιπής. Ο εγκέφαλος αποδείχτηκε πολύ πιο ευέλικτος -ή πλαστικός- από ό,τι περιμέναμε. Όπως αναφέρει συχνά ο Bach-y-Rita: «Δεν βλέπουμε με τα μάτια μας, βλέπουμε με τον εγκέφαλό μας».

Στα τέλη της δεκαετίας του ’60 ο Bach-y-Rita δοκίμασε μέχρι και να εκπαιδεύσει ανθρώπους να βλέπουν βάσει δονήσεων. Χρησιμοποιώντας μια παλιά καρέκλα οδοντιάτρου και μια μεγάλη κάμερα τηλεόρασης, προσπάθησε να φτιάξει ένα μηχάνημα που θα μετέφραζε εικόνες σε μια σειρά δονήσεων οι οποίες θα μπορούσαν να γίνουν αντιληπτές ως εικόνα. Δεν τα κατάφερε ποτέ εντελώς, ωστόσο ο Bach-y-Rita προετοίμασε το έδαφος για ένα ολόκληρο πεδίο έρευνας του εγκεφάλου.

«Βλέποντας» με τον ήχο; 

Μόλις μισό αιώνα μετά, χάρη στις τεράστιες εξελίξεις στην τεχνολογία, οι συσκευές αισθητηριακής υποκατάστασης περνούν μια περίοδο αναγέννησης.

Κάποιοι προσπάθησαν να μιμηθούν το σύστημα ηχοεντοπισμού των νυχτερίδων για να εξερευνήσουν τον κόσμο στο σκοτάδι, εκπέμποντας υπερηχητικά κύματα και υπολογίζοντας το μέγεθος και το σχήμα των αντικειμένων βάσει του χρόνου που χρειάζονται τα υπερηχητικά κύματα για να επιστρέψουν. Άλλοι μετατρέπουν τις εικόνες σε ήχους. Ο Amir Amedi, στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ, το προχώρησε ακόμα περισσότερο χρησιμοποιώντας την επιχορήγηση που έλαβε από το ΕΣΕ για να συνεισφέρει με νέες ιδέες για την ανάπτυξη του εγκεφάλου στη διαδικασία.

Χρησιμοποιώντας τη συσκευή EyeMusic του Amedi, τυφλοί μπορούν να περιγράψουν πρόσωπα, να διαβάσουν τα συναισθήματα άλλων ανθρώπων, να αναγνωρίσουν στάσεις του σώματος και να ανιχνεύσουν το χρώμα. Τα ψηλά αντικείμενα αναπαριστώνται με ήχους υψηλών συχνοτήτων, ενώ τα χαμηλά αντικείμενα με χαμηλότερες συχνότητες. Το πλάτος ενός αντικειμένου αναπαριστάται με τη διάρκεια του ήχου, ενώ το χρώμα μεταφέρεται με τη χρήση διαφορετικών μουσικών οργάνων.

 

Ενώ ο ήχος απέχει πολύ από το να είναι μουσικός, 10 ώρες εκπαίδευσης αρκούν για να διδαχτεί κάποιος τα βασικά αυτής της νέας γλώσσας -παρόλο που χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να τη μάθει κανείς άριστα. Οι δυνατότητες αποκατάστασης της όρασης ατόμων με μη λειτουργικά μάτια είναι τεράστιες.

Η μεγαλύτερη έκπληξη όμως ήταν ίσως αυτό που συνέβη όταν η ομάδα του Amedi ξεκίνησε την απεικόνιση του εγκεφάλου των ατόμων που χρησιμοποιούσαν το EyeMusic. Αποδείχτηκε ότι το οπτικό κέντρο του εγκεφάλου ατόμων εκ γενετής τυφλών -που κάποτε κάποιοι πίστευαν ότι έχει ατονίσει όπως ένας μυς που δεν χρησιμοποιείται- ενεργοποιήθηκε μαζί με το ακουστικό κέντρο. Μπορεί ο ήχος να εισερχόταν μέσω των αυτιών, αλλά ο εγκέφαλος τον ερμήνευε εν μέρει στην περιοχή που θεωρούνταν ότι ήταν της όρασης.

Ο Amedi δεν είχε πει ακόμα την τελευταία του λέξη. Το εργαστήριό του ανέπτυξε επίσης το EyeCane, μια συσκευή που δονείται όταν ένα τυφλό άτομο την κινεί κυματιστά μπροστά του, παρέχοντας πληροφορίες για την απόσταση που το χωρίζει από κοντινά αντικείμενα. Οι χρήστες μπορούν έτσι να κινηθούν με δεμένα μάτια σε ένα λαβύρινθο. Και εδώ, αυτό που ενεργοποιείται είναι το οπτικό κέντρο παρόλο που το δεδομένο εισόδου είναι απτό. Κατά τον Amedi, είναι σχετικά φτηνό να φτιάξεις αυτή τη συσκευή, η οποία θα μπορούσε να κυκλοφορήσει στην αγορά σε λίγα χρόνια.

Επανεξετάζοντας την οργάνωση του εγκεφάλου

Αυτό το είδος έρευνας αμφισβητεί τις καθιερωμένες θεωρίες για τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος οργανώνει ή αναδιοργανώνει τον εαυτό του. Κατά την καθιερωμένη άποψη, υπάρχουν κρίσιμες περίοδοι στα πρώιμα στάδια της ανάπτυξής μας κατά τις οποίες η οργάνωση του εγκεφάλου οριστικοποιείται για όλη τη ζωή. Αν τα ποντίκια είχαν το ένα μάτι καλυμμένο από τη γέννησή τους, τα εγκεφαλικά κύτταρα που συνήθως ερμηνεύουν τις πληροφορίες που προέρχονται από αυτό το μάτι θα αναλάμβαναν να κάνουν κάτι άλλο. Ο εγκέφαλος των μωρών θεωρήθηκε ιδιαίτερα προσαρμόσιμος, αλλά ο εγκέφαλος των ενηλίκων ήταν λιγότερο ευέλικτος, με συγκεκριμένες ζώνες σταθερά υπεύθυνες για συγκεκριμένες εργασίες.

«Πιστεύαμε ότι αν δεν λειτουργούσε η όραση τις πρώτες εβδομάδες ή τους πρώτους μήνες ζωής, το οπτικό κέντρο του εγκεφάλου δεν θα αναπτυσσόταν κανονικά», αναφέρει ο Amedi. «Σε προέκταση αυτού, πιστεύαμε ότι αν δεν δεις κάποια πρόσωπα κατά την κρίσιμη αυτή περίοδο της πρώιμης ηλικίας, δεν θα τα αναγνωρίσεις στην ενήλικη ζωή».

Πειράματα σε ενήλικες που χρησιμοποίησαν τη συσκευή αισθητηριακής υποκατάστασης EyeMusic δείχνουν ότι αυτό δεν ήταν αλήθεια. Ενώ οι μεγαλύτερες ευκαιρίες για μάθηση και ανάπτυξη του εγκεφάλου εδράζουν στην πρώιμη ηλικία, τυφλά άτομα ηλικίας 40 έως 60 μπορούν να μάθουν να «βλέπουν» με μόλις 10 ώρες εκπαίδευση.

Δεν έχουν πειστεί όμως όλοι γι’ αυτό. Ο Kevin O’Regan στο Εργαστήριο της Ψυχολογίας της Αντίληψης του Πανεπιστημίου Ντεκάρτ του Παρισιού (Université Paris Descartes), υποστηρίζει ότι το γεγονός ότι ο οπτικός φλοιός ενεργοποιείται μετά από ακουστική διέγερση μπορεί να μην αποτελεί επαρκή απόδειξη όπως φαίνεται αρχικά.

«Αυτό που απέδειξε ο Amedi είναι ότι όταν είσαι τυφλός ελευθερώνεται η περιοχή του εγκεφάλου σου που συνδέεται με το οπτικό νεύρο», ισχυρίζεται. «Δε θα κατέληγα στο συμπέρασμα ότι οι άνθρωποι βλέπουν ήχους: ο οπτικός φλοιός μπορεί να χρησιμοποιείται επειδή αυτό το μέρος είναι διαθέσιμο παρά επειδή συνδέεται εγγενώς με τα οπτικά ερεθίσματα».

Αίσθηση του μέλλοντος

Άρα, ποιο είναι το επόμενο βήμα για την αισθητηριακή υποκατάσταση; Με όπλο τη γνώση για την ευελιξία του ενήλικου εγκεφάλου, ο Amedi επεξεργάζεται ένα σύστημα που συνδυάζει τον αλγόριθμό του για το EyeMusic με τις τελευταίες τεχνολογίες στον τομέα της υπολογιστικής όρασης και των αισθητήρων για να προσφέρει μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα. «Η τεχνητή νοημοσύνη γίνεται ολοένα και πιο ικανή να αναγνωρίζει αντικείμενα. Θέλουμε να το παντρέψουμε αυτό με το EyeMusic και ίσως να προσθέσουμε ένα απτικό γάντι για να δώσουμε ένα πρόσθετο αισθητηριακό ερέθισμα».

Ο υπολογιστής θα μπορούσε να μας λέει τι είναι ένα αντικείμενο και πού είναι, πιθανώς μεταδίδοντας αυτή την πληροφορία με ένα συνδυασμό ήχου και δόνησης για τη δημιουργία μιας εικόνας στο μάτι του μυαλού.

Όλα αυτά οδηγούν σε ερωτήσεις για το τι πραγματικά είναι η όραση -ή η ακοή ή η αφή.