Учебная матрица: как развиваются VR-технологии

Согласно прогнозу по развитию рынка виртуальной и альтернативной реальности, проведенному банком Goldman Sachs, к 2025 году основные ниши в VR-сфере займут игры, медицина и образование. И если игры – это уже обкатанный рынок, то два оставшихся сегмента только набирают обороты. Дело не в финансировании – в корне меняется сам подход к этим сферам.

VR-лечение

Неожиданно, но VR ускоренными темпами пробирается в медицину. Да, незнакомо, да, страшно, но оказывается, что, надев людям на голову шлем и погрузив их в другой мир, можно найти способы им помочь. Причем в разных отраслях медицины эта помощь реализуется на многих этапах: обследовании, лечении, предоперационной подготовке, операции, реабилитации и даже болеутолении.

Фото: Scott Song, medicalxpress.com

Обследование. Пока виртуальная реальность может помочь только в диагностике неврологических и нейродегенеративных заболеваний. Например, при синдроме дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) у детей. Такие исследования проводились Объединенной клиникой психического здоровья детей и подростков в Ханчжоу (Китай) и Ведущей лабораторией провинции Чжэцзян. Дети (6–18 лет) проходили игровой VR-тест в очках Vive. Опыт показал, что корректность и общее время выполнения задачи у детей с СДВГ были значительно ниже, чем у их сверстников, а время, затраченное на выполнение заданий, – больше. Ученые считают, что результаты подобного теста можно в будущем расценивать как симптомы СДВГ.

Российские ученые (Томский политехнический университет и Сибирский медицинский университет) работают над системой, которая будет диагностировать рассеянный склероз и болезнь Паркинсона на ранних стадиях. Механизм работает с помощью VR – человек погружается в виртуальный мир, проходит в нем задания и тесты, а врачи во внешнем мире изучают изменения в движениях пациента. Как и в эксперименте с СДВГ, пациенты с нейродегенеративными заболеваниями покажут слабые результаты.

Лечение. Здесь VR нашла себя в другой роли – технология дополненной реальности помогает слабовидящим людям. Школа медицины Кека Университета Южной Калифорнии разработала очки, которые повышают зрение пациентов на 50 %, а также улучшают эффективность «схватывания» предметов на 70 %. Результат достигается благодаря тому, что очки проецируют яркие цвета на сетчатку пациента в соответствии с ближайшими препятствиями. Технология пока не доработана и требует больших вложений, но, возможно, и для нее найдется инвестор.

surgicaltheater.net

Подготовка к операции. Никто не застрахован от врачебной ошибки. Это может случиться и из-за человеческого фактора, и из-за особенностей организма пациента, при которых врач не может предсказать все варианты развития операции. Чтобы свести риск к минимуму, хирурги готовятся к операциям на двух- или трехмерных моделях тела. Стартап Surgical Theatre создал для нейрохирургов VR-систему, в которую вводятся данные КТ, МРТ и ангиограммы (исследования кровеносных сосудов) человека. В итоге получается тот же пациент, только в виртуальном формате – программа строит практически идентичную 3D-модель его черепа, органов и тканей, на которых хирурги тренируются. Модель доступна и самому пациенту – на ней врач может объяснить «дорожную карту» операции, предсказав основные риски и вероятные осложнения.

Операция. Представьте, что вы ложитесь на операционный стол, а оказываетесь в красивом лесу или на океаническом пляже. И вам совсем не больно, вы вообще ничего не чувствуете! «Наркоз», – скажете вы. «Виртуальная реальность», – ответит мексиканский хирург Хосе Моссо Васкез (Jose Luis Mosso Vazquez). Он использует VR-шлемы как обезболивающее, не заставляя пациента принимать мощные седативные препараты, а вкалывая лишь местный анестетик. По его словам, если занять человека виртуальным миром, боль утихнет и станет лишь небольшим беспокойством – мозг просто-напросто отвлечется. Впервые Моссо реализовал VR-задумку на пациентах во время гастроэнтероскопии – многим неприятно и больно, когда в желудок вводится трубка с камерой на конце, а VR-мир помогает забыть об этом на время.

Иллюстрация: Chester Holme. mosaicscience.com

На другой стороне мира, в Польше, врачи из Института кардиологии в Варшаве провели операцию по устранению тромбоза коронарной артерии с помощью очков Google Glass и налобного оптического монитора, на который проецировалась картинка с КТ этой самой артерии. Так хирурги видели весь процесс в мельчайших подробностях, что увеличивало шанс на успех операции.

Реабилитация. В августе 2016 года команда проекта Walk Again Project помогла людям, парализованным ниже пояса, начать двигаться. Согласно их исследованию, восемь человек частично восстановили моторные функции ног с помощью VR-упражнений. Сначала пациенты погружались в виртуальную реальность, где им нужно было ходить за персонажа, – так постепенно активировались зоны головного мозга, ответственные за ходьбу и контроль движений. Плюс, ученые пошли на хитрость – надели на участников эксперимента кофты с длинными рукавами, в которые были вшиты механизмы тактильной обратной связи. И руки людей стали ногами! Когда ноги персонажа в VR-мире касались земли, на датчиках в рукавах срабатывали вибромоторчики, из-за чего мозг думал, что все тело ходит, хотя на самом деле ощущения шли от рук. Когда мозг вспомнил, как шагать, на пациентов надели экзоскелеты, которые поднимали их атрофированные ноги.

По тому же принципу работает приложение MindMotion Pro – его используют в реабилитации людей после инсульта. Когда парализуется одна рука, на помощь человеку приходит VR-приложение: через него и сенсоры работающая рука становится фантомной конечностью для руки, контроль над которой утерян.

Обезболивание. Боль для VR – пустяк, она поддается корректированию легче всего. Проект SnowWorld создан для пострадавших с ожогами высокой степени. Ученые из Вашингтонского университета придумали VR-игру, в которой нужно лепить снеговиков, играть в снежки с пингвинами и слушать приятную музыку, пока во внешнем мире врачи очищают игрокам раны, обрабатывают кожу и делают перевязки. Обычно такие процедуры доставляют сильную боль, но если отвлечь мозг, то становится чуть проще. Примерно по той же причине людям, которые боятся сдавать кровь, советуют занять себя чем-нибудь на время процедуры – прочитать объявление на стене или посчитать квадраты на кафеле. Исследование 2011 года подтвердило, что игра SnowWorld эффективнее морфина для солдат, получивших ожоги после взрывов.

Учат в школе

В школах (в основном частных) по всему миру тоже пытаются внедрить VR-технологии. Плюсы – погружение в тему, возможность опробовать и увидеть все самому, создание среды, которая воспринимается учеником через органы чувств. Минусы – дорого и мало кому нужно. Тем не менее попытки были, есть и будут.

Еще в начале 2000-х американский Университет штата Айова и телеканал Iowa Public TV представили совместный проект: в 80 сельских школах поставили VR-оборудование. С его помощью ученики могли посещать разные локации в сопровождении виртуального инструктора, находящегося в центральной VR-лаборатории университета. А в 2013 году учителя старших классов штата Пенсильвания придумали проект Real World Navy Challenge. Его цель – изучение естественных наук и инженерии с помощью виртуальной реальности. Сюжет VR-игры разворачивался на атомной станции, где ученики рассматривали все своими глазами.

Интерактивные эксперименты с атомами и молекулами. melscience.com

В России же внедрение VR-технологий заложено в спецпрограммы «Цифровая школа», «Современная цифровая образовательная среда» и проект «Образование». В каждой из них будут свои нюансы, но уже сейчас известно, что около 25 % пилотных учреждений получат доступ к новой VR-технологии. Планируется, что к 2024 году в российских школах будет порядка 16 тыс. VR-классов. Тестовые уроки с VR-технологиями провели еще в 2017 году в школе № 627 города Москвы: на физике ученики наблюдали за электрическим током, делением атома и цепной реакцией, а на биологии изучали строение вирусов. А весной 2019 года компании Modum Lab и Центр по нейротехнологиям и VR/AR на базе НТИ ДВФУ провели свое исследование. Группа девятиклассников из школ Москвы, Владивостока, хореографического училища и физтех лицея им. Капицы изучала физику с помощью VR-шлемов. В конце учащиеся проходили тесты – исследователи говорят, что по сравнению с «традиционными» учениками у VR-школьников результаты улучшились на 28,8 %, а средние показатели ОГЭ воказались выше на 2,5 балла, чем в обычной группе.

Фото: Modum Lab. facebook.com/ModumLab

Технология виртуальной реальности эффективна и в обучении взрослых. В 2013 году с помощью очков Google Glass и технологии дополнительной реальности бригада хирургов из Университета Алабамы (США) во главе с Брентом Понсе (Brent Ponce) провела операцию по эндопротезированию плечевого сустава. В ней участвовал другой доктор, Фани Дантулури (Phani Dantuluri), находившийся в Атланте в своем офисе. После успешного опыта совместной операции на расстоянии такая практика стала повсеместной. Хирурги из американских и европейских клиник транслируют в прямом эфире сложные операции студентам-медикам, которые с помощью очков виртуальной реальности наблюдают за происходящим «от первого лица». Для них разработана программа-симулятор The Body VR, в которой собраны почти 4 тыс. виртуальных моделей здоровых и поврежденных систем внутренних органов, строение клеток, вирусов и других организмов. Но VR полезна не только для медиков – студенты гуманитарных вузов могут отправиться в путешествие по древнему искусству, а учащиеся строительных техникумов – тренироваться работать на высоте. По прогнозам международного консалтингового агентства IDC, к 2025 году виртуальная реальность займет первое место среди всех образовательных технологий.

Студенты колледжа Стоматологической медицины используют стол виртуальной реальности Anatomage в обучении. Фото: JEFF MALET, WESTERNU, fortune.com

Виртуальная реальность – область неограниченных возможностей. Главное, чтобы в погоне за качеством и «лучшим настоящим» мы и наши потомки не стали героями фильма «Матрица».