La interfície cervell-màquina podria ajudar les persones amb paràlisi

Un equip internacional d'investigadors ha desenvolupat un dispositiu wearable brain-machine (IMC) que podria millorar la qualitat de vida de les persones amb disfunció motora o paràlisi. Fins i tot podria ajudar les persones amb síndrome de bloqueig, que és quan una persona no es pot moure o comunicar-se tot i estar conscient.

L'equip estava dirigit pel laboratori de Woon-Hong Yeo de l'Institut Tecnològic de Geòrgia i incloïa investigadors de la Universitat de Kent al Regne Unit i la Universitat Yonsei a la República de Corea. L'equip va combinar l'electrònica sense fil del cuir cabellut tou i la realitat virtual en un únic sistema d'IMC. El sistema permet als usuaris controlar una cadira de rodes o un braç robòtic només imaginant accions.

El nou IMC es va detallar a la revista Ciències avançades el mes passat.

Un dispositiu més còmode

Yeo és professor associat a la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering.

"El principal avantatge d'aquest sistema per a l'usuari, en comparació amb el que existeix actualment, és que és suau i còmode de portar, i no té cables", va dir Yeo.

Els sistemes d'IMC poden analitzar senyals cerebrals i transmetre l'activitat neuronal en ordres, que és el que permet als individus imaginar accions perquè l'IMC pugui dur a terme. L'electroencefalografia, o EEG, és el mètode no invasiu més comú per adquirir els senyals, però sovint requereix un casquet cranial amb molts cables. 

Per utilitzar aquests dispositius, cal utilitzar gels i pastes per mantenir el contacte amb la pell, i tota aquesta configuració requereix temps i incòmode per a l'usuari. A més, els dispositius sovint tenen una mala adquisició de senyal a causa de la degradació del material i els artefactes de moviment, que són causats per coses com la trituració de dents. Aquest tipus de soroll apareixerà a les dades del cervell i els investigadors l'han de filtrar.

Aprenentatge automàtic i realitat virtual

El sistema EEG portàtil dissenyat per l'equip millora l'adquisició del senyal gràcies a la integració d'elèctrodes de microagulles interceptables amb circuits sense fil suaus. Per mesurar els senyals cerebrals, és crucial que el sistema determini quines accions vol realitzar un usuari. Per aconseguir-ho, l'equip es va basar en un algorisme d'aprenentatge automàtic i un component de realitat virtual. 

Les proves realitzades per l'equip van implicar quatre subjectes humans, i el següent pas és provar-ho en persones amb discapacitat. 

Yeo també és director del Centre d'Interfícies i Enginyeria Centrades en l'Human de Georgia Tech de l'Institut d'Electrònica i Nanotecnologia, així com membre del Petit Institut de Bioenginyeria i Biociència. 

"Aquesta és només una primera demostració, però estem encantats amb el que hem vist", va dir Yeo.

El 2019, el mateix equip va introduir una interfície EEG cervell-màquina suau i portàtil, i el treball incloïa Musa Mahmood, que va ser l'autor principal tant d'aquesta investigació com de la nova.

"Aquesta nova interfície cervell-màquina utilitza un paradigma completament diferent, que implica accions motores imaginades, com agafar amb qualsevol de les mans, que allibera el subjecte d'haver de mirar massa estímuls", va dir Mahmood.

L'estudi del 2021 va incloure usuaris que demostraven un control precís dels exercicis de realitat virtual amb els seus pensaments o imatges motrius. 

"Les indicacions virtuals han demostrat ser molt útils", va dir Yeo. "Aceleren i milloren la implicació i la precisió dels usuaris. I vam poder gravar una activitat d'imatge motora contínua i d'alta qualitat".

Mahmood diu que l'equip ara se centrarà a optimitzar la col·locació d'elèctrodes i una integració més avançada de l'EEG basat en estímuls.