Technologie Brain-Computer Interface obnovuje citlivost ruky u jedince se spinálním poraněním

Tým výzkumníků z Battelle a Ohio State University Wexner Medical Center uvádí, že pomocí technologie Brain-Computer Interface se podařilo obnovit citlivost ruky u jedince se závažným spinálním poraněním. Tento vývoj přichází v době, kdy výzkumníci po celém světě pracují na technologii, která by mohla obnovit funkci končetin u jedinců ochromených poraněním nebo nemocí.

Výzkum byl publikován v časopise Cell 23. dubna.

Umělé senzorické zpětné vazby

Nová technologie využívá nepozorovatelných minimálních neuronálních signálů, které jsou zesíleny umělými senzorickými zpětnými vazbami, které jsou odeslány zpět jedinci. Tato metoda vede k velkému zvýšení motorické funkce.

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

“Bereme subperceptivní dotykové události a zesilujeme je do vědomého vnímání,” říká Ganzer. “Když jsme to udělali, viděli jsme několik funkčních zlepšení. Byla to velká eureka chvíle, když jsme poprvé obnovili účastníkovi smysl pro dotek.”

Účastník

Účastníkem byl 28letý muž, který se v roce 2010 zúčastnil autonehody, která způsobila závažné spinální 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 do motorické kůry. Existují dráty, které směrují signály pohybu z mozku do svalů, což umožňuje obejít spinální poranění. S pomocí zařízení je Burkhart schopen ovládat svou paži a provádět akce, jako je zvedání šálku kávy, přejetí kreditní karty a hraní videoher, které vyžadují použití rukou a paží.

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

Kdykoli výzkumníci stimulovali jeho kůži, nebyla 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 dotykové signály umělým způsobem odeslány zpět Burkhartovi, což mu umožnilo je vnímat.

S novou metodou byl Burkhart schopen detekovat věci pouze dotykem. Další průlom spočíval v tom, že systém je prvním BCI, který umožňuje obnovit pohyb a dotek současně, což poskytuje větší pocit kontroly. Nakonec metoda umožňuje BCI systému vnímat správnou míru tlaku pro manipulaci s objektem.

Tým výzkumníků chce vytvořit BCI systém, 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.