Rozhraní mozek-stroj může pomoci lidem s paralýzou

Mezinárodní tým výzkumníků vyvinul nositelné rozhraní mozek-stroj (BMI), které může zlepšit kvalitu života lidí s motorickými poruchami nebo paralýzou. Může dokonce pomoci lidem s syndromem uzamčení, kdy je osoba schopna být vědomá, ale není schopna se pohybovat nebo komunikovat.

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 Koreji. 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.

Více komfortní zařízení

Yeo je asociální profesor 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 uživatelům představovat si akce pro BMI, aby je provedl. Elektroencefalografie (EEG) je nejčastější neinvazivní metoda pro získání signálů, ale často vyžaduje čelenku s mnoha dráty.

Pro použití těchto zařízení je nutné použít gely a pasty, aby se udržela kůží kontakt, a veškerá tato instalace je časově náročná a nepříjemná pro uživatele. Kromě toho zařízení často mají špatné získávání signálů kvůli degradaci materiálu a pohybovým artefaktům, které jsou způsobeny věcmi, jako je skřípání zubů. Tento typ šumu se objeví v mozkových datech a výzkumníci musí ho filtrovat.

Strojové učení a virtuální realita

Prenosné EEG zařízení navržené týmem zlepšuje získávání signálů díky integraci interceptovatelných mikrojehel a měkkých bezdrátových obvodů. 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 ředitelem Centra pro lidsky orientované rozhraní a inženýrství na Institute for Electronics and Nanotechnology, stejně jako 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 hlavním autorem obou studií.

“Toto nové rozhraní mozek-stroj používá zcela jiný paradigm, který zahrnuje představované motorické akce, jako je uchopení rukou, což subjekt osvobozuje 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 jako velmi užitečné,” řekl Yeo. “Zrychluje a zlepšuje uživatelskou angažovanost a přesnost. A byli jsme schopni zaznamenat nepřetržité, vysoce kvalitní motorické imaginativní aktivity.”

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