Technologie rozhraní mozek-počítač obnovila citlivost ruky jedince se spinálním poraněním

Tým výzkumníků z Battelle a Ohio State University Wexner Medical Center uvádí, že pomocí technologie rozhraní mozek-počítač se jim podařilo úspěšně obnovit citlivost ruky jedince se závažným spinálním poraněním. Tento vývoj přichází v době, kdy výzkumníci po celém světě pracují na technologii, která je schopna obnovit funkci končetin u jedinců ochromených v důsledku zranění nebo nemoci. 

Výzkum byl publikován v časopise Cell 23. dubna. 

Umělé senzorické zpětné vazby

Nová technologie se spoléhá na použití nepozorovatelných miniaturních neuronálních signálů, které jsou zesíleny umělými senzorickými zpětnými vazbami, které jsou zasílány zpět jedinci. Tato metoda vede k velkému zvýšení motorické funkce. 

Patrick Ganzer je prvním autorem a hlavním výzkumným pracovníkem v Battelle. 

“Bereme subperceptivní dotekové události a zvyšujeme je do vědomého vnímání,” říká Ganzer. “Když jsme to udělali, viděli jsme několik funkčních zlepšení. Bylo to velké eureka moment, když jsme poprvé obnovili účastníkovi smysl pro dotek.”

Účastník

Účastníkem byl 28letý muž, který se v roce 2010 zúčastnil autonehody, která vedla k závažnému spinálnímu poranění. Účastník, jehož jméno je Ian Burkhart, se od roku 2014 podílí na projektu NeuroLife, jehož cílem je obnovit funkci jeho pravé paže. 

Nově vyvinuté zařízení používá systém elektrod, které jsou umístěny na kůži, a malý počítačový čip, který je implantován v motorické kůře. Existují dráty, které směrují signály pohybu z mozku do svalů, čímž se obchází spinální poranění. S pomocí zařízení je Burkhart schopen ovládat svou paži a provádět akce, jako je zvedání šálku s kávou, přejetí kreditní karty a hraní videoher, které vyžadují použití rukou a paží. 

“Dokud teď, někdy se Ian cítil, jako by jeho ruka byla cizí kvůli nedostatku senzorické zpětné vazby,” říká Ganzer. “Také má potíže s ovládáním své ruky, pokud si své pohyby pečlivě nesleduje. To vyžaduje hodně koncentrace a dělá jednoduché multitasking, jako je pití sodovky, zatímco sleduje televizi, téměř nemožné.”

Kdykoli výzkumníci stimulovali jeho kůži, nebyla přítomna žádná citlivost, ale neuronální signál byl stále přítomen v jeho mozku. Problém spočíval v tom, že neuronální signál byl tak malý, že nemohl být vnímán. Výzkumníci byli schopni signál zesílit, aby mozek mohl reagovat. 

Pomocí haptické zpětné vazby byly subperceptivní dotekové signály umělým způsobem zasílány zpět Burkhartovi, což mu umožnilo je vnímat. 

S novou metodou byl Burkhart schopen detekovat věci pouze prostřednictvím doteku. Další průlom spočíval v tom, že systém je prvním rozhraním mozek-počítač, které umožňuje obnovit pohyb a dotek současně, což poskytuje větší pocit kontroly. Nakonec metoda umožňuje systému rozhraní mozek-počítač vnímat správnou výši tlaku pro manipulaci s objektem. 

Tým výzkumníků chce vytvořit systém rozhraní mozek-počítač, který lze použít v domácnosti. V současné době se vyvíjí nová generace rukávu, která obsahuje elektrody a senzory, které lze nasadit a sundat. Pracují také na systému, který lze ovládat tabletem místo počítače. 

“Bylo úžasné vidět možnosti senzorických informací pocházejících ze zařízení, které bylo původně vytvořeno pouze pro umožnění ovládání mé ruky v jednom směru,” říká Burkhart.