Rozhraní mozek-stroj by mohlo pomoci jedincům s paralýzou

Mezinárodní tým výzkumníků vyvinul nositelné rozhraní mozek-stroj (BMI), které by mohlo zlepšit kvalitu života lidí s motorickými poruchami nebo paralýzou. Může dokonce pomoci těm, kteří trpí syndromem uzamčení, kdy je osoba unable pohybovat se nebo komunikovat, přestože je vědomá.

Tým byl veden laboratoří Woon-Hong Yeo na Georgia Institute of Technology a zahrnoval výzkumníky z University of Kent ve Spojeném království a Yonsei University v Republice Korea. Tým kombinoval bezdrátové měkké elektronické obvody a virtuální realitu v jediném systému BMI. Systém umožňuje uživatelům ovládat vozík nebo robotickou ruku pouze tím, že si představují akce.

Nové BMI bylo popsáno v časopise Advanced Science minulý měsíc.

Comfortnější zařízení

Yeo je associate professor na George W. Woodruff School of Mechanical Engineering.

“Hlavní výhodou tohoto systému pro uživatele, ve srovnání s tím, co目前 exists, je to, že je měkké a pohodlné na nošení a nemá žádné dráty,” řekl Yeo.

Systémy BMI mohou analyzovat signály mozku a přenášet neuronální aktivitu do příkazů, což umožňuje jedincům představovat si akce pro BMI, aby je provedl. ElektroEncefalografie, nebo EEG, je nejčastější neinvazivní metoda pro získání signálů, ale často vyžaduje čelenku s mnoha dráty. 

Pro použití těchto zařízení jsou vyžadovány gely a pasty pro udržení kontaktu s kůží a veškerá tato konfigurace je časově náročná a nepříjemná pro uživatele. Navíc zařízení často mají špatné získávání signálů kvůli degradaci materiálu a pohybovým artefaktům, které jsou způsobeny věcmi, jako je skřípání zuby. Tento typ šumu se objeví v mozkových datech a výzkumníci musí filtrovat ho.

Strojové učení a virtuální realita

Prenosný EEG systém navrženým týmem zlepšuje získávání signálů díky integraci interceptovatelných mikrojehličkových elektrod s měkkými bezdrátovými obvody. Pro měření mozkových signálů je důležité, aby systém určil, jaké akce chce uživatel provést. K tomu tým využil algoritmus strojového učení a virtuální realitu. 

Testy provedené týmem zahrnovaly čtyři lidské subjekty a další krok je otestovat jej na postižených jedincích. 

Yeo je také ředitel Centra pro lidsky orientované rozhraní a inženýrství na Institute for Electronics and Nanotechnology, jakož i člen Petit Institute for Bioengineering and Bioscience. 

“Toto je pouze první demonstrace, ale jsme nadšení tím, co jsme viděli,” řekl Yeo.

V roce 2019 tým představil měkké, nositelné EEG rozhraní mozek-stroj, a práce zahrnovala Musu Mahmooda, který byl vedoucím autorem obou studií.

“Toto nové rozhraní mozek-stroj používá zcela jiný paradigm, který zahrnuje představované motorické akce, jako je uchopení rukou, které osvobozuje subjekt od nutnosti dívat se na příliš mnoho stimulů,” řekl Mahmood.

Studie z roku 2021 zahrnovala uživatele, kteří prokázali přesnou kontrolu cvičení ve virtuální realitě svými myšlenkami, nebo motorickou imaginací. 

“Virtuální podněty se ukázaly být velmi užitečné,” řekl Yeo. “Zrychlují a zlepšují zapojení uživatele a přesnost. A byli jsme schopni zaznamenat kontinuální, vysoce kvalitní motorickou imaginativní aktivitu.”

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