Gehirn-Maschinen-Schnittstellen-Typen Mentales Schreiben

Forscher des Howard Hughes (HHH ) Medical Institute haben es erfolgreich geschafft, eine Gehirn-Maschinen-Schnittstelle zu entwickeln, die die mentale Handschrift von Benutzern zum ersten Mal überhaupt in Text umwandelt. Das Team entschlüsselte die Gehirnaktivität, die mit dem Handschreiben von Buchstaben verbunden ist, um dieses Ergebnis zu erzielen.

Der Teilnehmer war ein Individuum mit Lähmung, das Sensoren in seinem Gehirn implantiert hatte, und das Team verließ sich auf einen Algorithmus, um Buchstaben zu identifizieren, während er versuchte, sie zu schreiben. Das System konnte diese Analyse durchführen und den Text in Echtzeit auf einem Bildschirm anzeigen.

Laut Krishna Shenoy, einem Howard Hughes Medical Institute-Ermittler an der Stanford University, könnte diese Entwicklung es Menschen mit Lähmung ermöglichen, schnell zu tippen, ohne ihre Hände zu benötigen. Shenoy wurde von dem Stanford-Neurochirurgen Jaimie Henderson begleitet.

Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Nature am 12. Mai veröffentlicht.

Der Teilnehmer konnte 90 Zeichen pro Minute tippen, was mehr als doppelt so viel ist wie zuvor mit einer Art von Gehirn-Maschinen-Schnittstelle aufgezeichnet wurde.

Jose Carmena, ein Neuralingenieur an der University of California, Berkeley, sagt: “Es ist ein großer Fortschritt in diesem Bereich”, der vielen verschiedenen Arten von Menschen mit Behinderungen helfen kann. Gehirn-Computer-Schnittstellen ermöglichen es, Gedanken in Aktionen umzuwandeln.

“Dieses Papier ist ein perfektes Beispiel: Die Schnittstelle entschlüsselt den Gedanken des Schreibens und erzeugt die Aktion.”

Verletzungen und neuronale Aktivität

Selbst wenn eine Person eine Verletzung oder Krankheit erleidet, die dazu führt, dass sie nicht mehr gehen, greifen oder sprechen kann, bleibt die neuronale Aktivität des Gehirns für diese Aktionen bestehen. Deshalb können Forscher diese Aktivität nutzen, um Systeme zu entwickeln, die diesen Personen zugutekommen.

Shenoys Team arbeitet bereits seit Jahren daran, die neuronale Aktivität im Zusammenhang mit Sprache zu entschlüsseln, und sie haben eine Methode entwickelt, mit der Teilnehmer Sensoren implantieren und ihre Gedanken verwenden können, um einen Cursor auf einem Bildschirm zu bewegen.

Es gab jedoch bisher keine ernsthaften Bemühungen, dies auch für das Schreiben zu tun.

“Wir wollen neue Wege finden, um Menschen zu ermöglichen, schneller zu kommunizieren”, sagt Frank Willett, ein Neuroscientist in der Gruppe.

https://www.youtube.com/watch?v=pcApwQxbagg

BCI und implantierte Sensoren

Das Team arbeitete mit einem 65-jährigen Teilnehmer zusammen, der an einer BrainGate2-Klinischen Studie teilnahm. BrainGate2 testet die Sicherheit von BCI-Geräten, die Daten direkt vom Gehirn an einen Computer übertragen.

Zwei winzige Sensoren wurden von Henderson in den Teil des Gehirns implantiert, der für die Kontrolle der Hand und des Arms verantwortlich ist. Dies ermöglichte es dem Individuum, einen Roboterarm oder einen Cursor zu bewegen, indem es versuchte, seinen eigenen gelähmten Arm zu bewegen.

Die Sensoren erfassen Signale von einzelnen Neuronen, wenn der Teilnehmer sich das Schreiben vorstellt, und der Algorithmus erkennt die Gehirnmuster, wenn er jeden Buchstaben produziert. Dieses System ermöglichte es dem Mann, Sätze zu kopieren und Fragen fast so schnell zu beantworten wie jemand in seinem Alter, der auf einem Smartphone tippt.

Laut Willett funktioniert die BCI schnell, weil jeder Buchstabe ein sehr charakteristisches Aktivitätsmuster hervorruft, das vom Algorithmus leicht zu unterscheiden ist.

Das Team wird nun seine Aufmerksamkeit auf einen Teilnehmer richten, der nicht sprechen kann, und die Forscher glauben, dass dieses neue System Menschen mit Lähmung, die durch verschiedene Bedingungen verursacht wird, sehr zugutekommen kann.