Почему сенсорная замена не так успешна?

Проект системы тактильной замены зрения (TVSS) Бах-и-Риты был инициирован в 1963 году, и с тех пор он считается отцом-основателем сенсорной замены . Концепция сенсорного замещения относится к процессу получения информации о мире от функциональной сенсорной системы (например, осязания), которую обычно получают от утраченной сенсорной системы (например, зрение у слепых).

Бах-и-Рита разработал различные устройства, но его наиболее цитируемое из них состояло из 400 вибротактильных соленоидов, установленных в спинке стоматологического кресла. Изображения с камеры были преобразованы в бинарные («черно-белые») тактильные представления на спине субъекта («видение кожей») ( Bach-y-Rita 1969 ):

Результаты, полученные с помощью TVSS, были очень многообещающими: после достаточной практики (от 20 до 150 часов) слепые испытуемые могли воспринимать движение, распознавать формы и объекты и даже идентифицировать лица. Это также позволило оценить более абстрактные концепции, совершенно незнакомые слепым, такие как тень, глубина, вырисовывание, масштабирование и параллакс ( Bach-y-Rita, 2003) . Лицо, спроецированное на кожу, ощущалось бы примерно так (фотография изображения осциллографа, представляющая импульсы напряжения, посылаемые камерой на вибротактильный дисплей).

Однако, как видно из первого рисунка, ТВСС был большим и громоздким. Более того, он был шумным и энергоемким и просто бесполезен вне лаборатории. Хотя были сконструированы различные портативные варианты, они также в той или иной степени страдали этими ограничениями:

Работа Бах-и-Риты была расширена за счет электротактильных подходов, и компания Wicab в настоящее время продает устройство BrainPort V100 в Европе. Он оснащен надеваемой на голову камерой, которая сканирует окружающую среду и переводит эти изображения на сетку электродов, которые стимулируют язык, вызывая электротактильные ощущения (так же, как глоток шампанского или газировки):

В нем используются электроды вместо громоздких вибротакторов, что значительно снижает энергопотребление, и этот подход сделал возможным портативное приложение. Однако для электродов требуется влажная поверхность или необходимо очень высокое напряжение. Прямой подход состоял в том, чтобы наложить электродную сетку на язык. Язык влажный и имеет отличное разрешение. В настоящее время BrainPort имеет 400 электродов и может обеспечивать градуированное напряжение для отображения изображений в градациях серого на языке.

BrainPort поступил в продажу в Европе совсем недавно (2013 г.), и только что завершилось исследование FDA в США. Насколько я знаю, там тоже занимаются коммерциализацией.

Относительно вашего вопроса о пластичности мозга : существует множество информации о нейропластических изменениях в мозге, связанных с использованием BrainPort или других подходов сенсорной замены (VoiCE, EyeMusic и т. д. и т. д.). В основном было показано, что деафферентированная зрительная кора рекрутируется для обработки тактильной информации (например , Sadato, 2002 ), и, следовательно, мозг активно адаптируется к новому источнику информации. Так что нет , пластические изменения не являются ограничивающим фактором.

Следовательно, BrainPort (и другие подходы сенсорной замены, такие как SonicGuide и т. д.) полезны, портативны и, что не менее важно, мозг активно адаптируется к использованию альтернативного зрительно-тактильного ввода, привлекая зрительную кору для обработки зрительно-тактильной информации. Почему же тогда сенсорно-замещающие подходы не завоевали мир зрительной реабилитации слепых ? У устройств сенсорной замещения (SSD) есть ряд важных недостатков:

• ССД замещают зрение (тактильной или акустической информацией), а не восстанавливают его;
• Ограниченное разрешение SSD не позволяет проводить детальный анализ цели, т.е. отличить вилку от ножа будет очень сложно;
• Вместо этого полагаться на хорошо зарекомендовавшие себя механизмы выживания и придерживаться их обычного распорядка может быть гораздо более эффективным в повседневной жизни. Например, простое прикосновение к вилке или ложке сразу покажет им разницу, в то время как сканирование их с помощью SSD займет у них много времени (т.е. SSD не очень практичны);
• Ограниченное разрешение современных твердотельных накопителей также мало помогает в ориентации и мобильности (O&M). Другими словами, это не помогает слепым ходить. Вместо этого общепринятые методы, такие как трость-поводырь и собака-поводырь, гораздо более эффективны для ЭиТО ;
• Обучение эффективному использованию SSD требует много времени . Не многие люди готовы пройти тяжелую программу реабилитации ;
• В случае с BrainPort - он очень заметен для внешнего мира и не очень незаметен , когда его использует слепой человек. Известно, что 29% потребителей с ограниченными возможностями отказываются от использования вспомогательных устройств по причинам, не связанным с работой устройства ( Phillips and Zhao, 1993 ).

^Ссылки
<sub>- Bach-y-Rita 1969. Nature 221:963-4
- Bach-y-Rita 2003. JHCI 15 :285-95
- Philips & Zhao 1993. Вспомогательные технологии 5 :36-45
- Sadato 2002. Neuroimage 16 :389 -400</sub>

Крис дал отличный ответ для устройств визуально-тактильной сенсорной замены. Я не буду спорить о том, насколько успешна сенсорная замена, но самой распространенной системой сенсорной замены для слепых в настоящее время является vOICe , класс устройств сенсорной замены зрительно-слуховой, доступный во всем мире. Его версия для Android была установлена ​​более четверти миллиона раз за последние несколько лет, и есть ряд недавних рецензируемых научных публикаций , основанных на использовании его версии для Microsoft Windows, охватывающих различные аспекты пластичности мозга. Предстоящие очки дополненной реальности, вероятно, повысят удобство использования. Но да, как сказал Крис, обучение эффективному использованию SSD требует много времени.

Тадома — это метод общения, которым пользуются некоторые слепоглухие люди. Система была разработана до 1967 года и предшествовала TVSS, хотя аппаратное обеспечение не использовалось. Я думаю, что это видео демонстрирует, насколько успешен подход и, следовательно, не ограничен пластичностью мозга. Тадома потерял популярность, потому что его трудно изучать и учить. Были проведены некоторые исследования вибротактильных слуховых аппаратов, и некоторые из них имеются в продаже .