Rozhraní mozek-stroj by mohlo pomoci jednotlivcům s paralýzou

Mezinárodní tým výzkumníků vyvinul nositelné zařízení pro mozek (BMI), které by mohlo zlepšit kvalitu života lidí s motorickou dysfunkcí nebo paralýzou. Mohl by dokonce pomoci lidem se syndromem uzamčení, což je stav, kdy se člověk nemůže pohybovat nebo komunikovat, přestože je při vědomí.

Tým byl veden laboratoří Woon-Hong Yeo na Georgia Institute of Technology a zahrnoval výzkumníky z University of Kent ve Velké Británii a Yonsei University v Korejské republice. Tým spojil bezdrátovou elektroniku měkké pokožky hlavy a virtuální realitu v jediném systému BMI. Systém umožňuje uživatelům ovládat invalidní vozík nebo robotickou ruku pouhým představováním si akcí.

Nové BMI bylo podrobně popsáno v časopise Pokročilá věda minulý měsíc.

Pohodlnější zařízení

Yeo je docentem na George W. Woodruff School of Mechanical Engineering.

„Hlavní výhodou tohoto systému pro uživatele ve srovnání se současnými systémy je, že je měkký a pohodlný na nošení a nemá žádné dráty,“ řekl Yeo.

Systémy BMI mohou analyzovat mozkové signály a přenášet nervovou aktivitu do příkazů, což umožňuje jednotlivcům představit si činnosti, které má BMI provést. ElectroEncephaloGraphy neboli EEG je nejběžnější neinvazivní metodou pro získávání signálů, ale často vyžaduje čepici lebky s mnoha dráty. 

Pro použití těchto zařízení je nutné použití gelů a past pro udržení kontaktu s pokožkou a celé toto nastavení je časově náročné a pro uživatele nepohodlné. Kromě toho mají zařízení často špatné získávání signálu kvůli degradaci materiálu a pohybovým artefaktům, které jsou způsobeny věcmi, jako je skřípání zubů. Tento typ šumu se objeví v mozkových datech a výzkumníci jej musí odfiltrovat.

Strojové učení a virtuální realita

Přenosný EEG systém navržený týmem zlepšuje získávání signálu díky integraci zachytitelných mikrojehličkových elektrod s měkkými bezdrátovými obvody. Aby bylo možné měřit mozkové signály, je pro systém klíčové určit, jaké akce chce uživatel provést. Aby toho dosáhl, tým spoléhal na algoritmus strojového učení a komponentu virtuální reality. 

Testy provedené týmem zahrnovaly čtyři lidské subjekty a dalším krokem je testování na postižených jedincích. 

Yeo je také ředitelem Centra pro lidská rozhraní a inženýrství Georgia Tech v rámci Institutu pro elektroniku a nanotechnologii a také členem Petitova institutu pro bioinženýrství a biovědu. 

„Toto je teprve první demonstrace, ale jsme nadšeni tím, co jsme viděli,“ řekl Yeo.

V roce 2019 stejný tým představil měkké, nositelné EEG rozhraní mozek-stroj a součástí práce byl Musa Mahmood, který byl hlavním autorem tohoto výzkumu i nového.

"Toto nové rozhraní mozek-stroj používá zcela odlišné paradigma, zahrnující imaginární motorické akce, jako je uchopení kteroukoli rukou, což osvobozuje subjekt od nutnosti dívat se na příliš mnoho podnětů," řekl Mahmood.

Studie z roku 2021 zahrnovala uživatele, kteří demonstrovali přesné ovládání cvičení virtuální reality pomocí svých myšlenek nebo motorických snímků. 

"Virtuální výzvy se ukázaly jako velmi užitečné," řekl Yeo. „Urychlují a zlepšují zapojení a přesnost uživatelů. A byli jsme schopni zaznamenat nepřetržitou vysoce kvalitní aktivitu motorických snímků.“

Mahmood říká, že se tým nyní zaměří na optimalizaci umístění elektrod a pokročilejší integraci EEG založeného na stimulu.