Ερευνητές Καταρρίπτουν Εμπόδιο στη Τεχνολογία Διεπαφής Εγκεφάλου-Υπολογιστή

BrainGate ερευνητές έχουν最近 κάνει einen σημαντικό прорыв στην περιοχή των διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή (BCIs) μετά από κλινικές δοκιμασίες συμμετεχόντων με τετραπληγία που απέδειξαν χρήση ενός ενδοκορυαίου ασύρματου BCI με εξωτερικό ασύρματο μεταγωγέα. Ήταν η πρώτη φορά που χρησιμοποιήθηκε τέτοιο σύστημα και είναι ικανό να μεταδίδει σήματα εγκεφάλου με ανάλυση μονάδας νευρώνα.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο IEEE Transactions on Biomedical Engineering τον προηγούμενο μήνα.

Το σύστημα μεταδίδει επίσης σε πλήρη ευρεία ζώνη πιστότητας και δεν χρειάζεται να συνδέει φυσικά τον χρήστη με ένα σύστημα αποκωδικοποίησης. Αντί για τα παραδοσιακά καλώδια, το σύστημα βασίζεται σε einen 2-ιντσών μεταγωγέα που ζυγίζει λίγο πάνω από 1,5 ουγγιές. Αυτή η μονάδα τοποθετείται πάνω από το κεφάλι του χρήστη και συνδέεται με einen πίνακα ηλεκτροδίων που βρίσκεται στον κινητικό φλοιό του εγκεφάλου και το κάνει αυτό μέσω του ίδιου θύρας που χρησιμοποιούν τα σύρματα συστήματα.

Η μελέτη αφορούσε δύο κλινικές δοκιμασίες συμμετεχόντων που έχουν παράλυση και χρησιμοποιούσαν το σύστημα BrainGate με έναν ασύρματο μεταγωγέα. Μέσω του ασύρματου μεταγωγέα, μπορούσαν να δείξουν, να κάνουν κλικ και να πληκτρολογήσουν σε einen τυπικό υπολογιστή πίνακα.

Η μελέτη απέδειξε ότι το ασύρματο σύστημα είναι ικανό να μεταδίδει σήματα με την ίδια πιστότητα όπως τα σύρματα συστήματα.

Ο John Simeral είναι αναπληρωτής καθηγητής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Brown. Είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης και μέλος του ερευνητικού συνδικάτου BrainGate.

“Έχουμε αποδείξει ότι αυτό το ασύρματο σύστημα είναι λειτουργικά ισοδύναμο με τα σύρματα συστήματα που έχουν sido το χρυσό πρότυπο στις επιδόσεις BCI για χρόνια”, είπε ο Simeral. “Τα σήματα καταγράφονται και μεταδίδονται με ανάλογη πιστότητα, που σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις ίδιες αλγόριθμους αποκωδικοποίησης που χρησιμοποιήσαμε με συρματά συσκευές. Η μόνη διαφορά είναι ότι οι άνθρωποι δεν χρειάζεται πλέον να είναι φυσικά συνδεδεμένοι με τις συσκευές μας, που ανοίγει νέες δυνατότητες για το πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί το σύστημα. “

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η νέα ανακάλυψη μας φέρνει πιο κοντά σε ένα πλήρως εμβυθισμένο ενδοκορυαίο σύστημα που μπορεί να παρέχει στους τραυματίες ατόμων την khảότητα να κινηθούν. Η νέα εξέλιξη είναι η πρώτη συσκευή που μεταδίδει το πλήρες φάσμα των σημάτων που καταγράφονται από einen ενδοκορυαίο αισθητήρα.

Τα Αποτελέσματα της Μελέτης

Η δοκιμή αφορούσε einen 35χρονο άνδρα και einen 63χρονο άνδρα που και οι δύο πάσχουν από τραυματισμούς σπονδυλικής στήλης. Μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το σύστημα στο σπίτι αντί για το εργαστήριο λόγω της έλλειψης καλωδίων και ήταν επίσης σε θέση να το χρησιμοποιήσουν για έως και 24 ώρες. Αυτή η μακρά περίοδος χρόνου επέτρεψε στους ερευνητές να συλλέξουν δεδομένα μακράς διάρκειας.

Ο Leigh Hochberg είναι καθηγητής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Brown και ερευνητής στο Ινστιτούτο Επιστημών του Εγκεφάλου Carney. Ο Hochberg ηγήθηκε της κλινικής δοκιμής BrainGate.

“Θέλουμε να κατανοήσουμε πώς εξελίσσονται τα νευρικά σήματα με τον καιρό”, είπε ο Hochberg. “Με αυτό το σύστημα, μπορούμε να εξετάσουμε την δραστηριότητα του εγκεφάλου, στο σπίτι, για μακρά χρονικά διαστήματα με έναν τρόπο που ήταν σχεδόν αδύνατο πριν. Αυτό θα μας βοηθήσει να σχεδιάσουμε αλγόριθμους αποκωδικοποίησης που παρέχουν την αδιάκοπη, ενστικτώδη, αξιόπιστη αποκατάσταση της επικοινωνίας και της κινητικότητας για άτομα με παράλυση. “

Συνδικάτο BrainGate

Το συνδικάτο BrainGate είναι μια διεπιστημονική ομάδα ερευνητών από τα Πανεπιστήμια Brown, Stanford και Case Western Reserve. Περιλαμβάνει επίσης άτομα από το Ιατρικό Κέντρο Veterans Affairs της Providence και το Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης.

Η ομάδα δημοσίευσε έρευνα το 2012 που απέδειξε πώς οι συμμετέχοντες κλινικών δοκιμών μπορούσαν να λειτουργούν πολυδιάστατους ρομποτικούς προθέρμους χρησιμοποιώντας einen BCI για πρώτη φορά. Από τότε, η ομάδα έχει συνεχίσει να βελτιώνει το σύστημα και να επιτυγχάνει νέες ανακαλύψεις.

Η Sharlene Flesher είναι συν-συγγραφέας και προηγούμενη μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Stanford. Η Flesher εργάζεται τώρα ως μηχανικός υλικού στην Apple.

“Η εξέλιξη των ενδοκορυαίων BCIs από την απαίτηση ενός καλωδίου σε einen μικροασύρματο μεταγωγέα είναι ένα σημαντικό βήμα προς την λειτουργική χρήση πλήρως εμβυθισμένων, υψηλής απόδοσης νευρικών διεπαφών”, είπε η Flesher. “Καθώς το πεδίο προχωρά στην μείωση του μεταδιδόμενο εύρος ζώνης ενώ διατηρεί την ακρίβεια του ελέγχου της βοηθητικής συσκευής, αυτή η μελέτη μπορεί να είναι μια από τις λίγες που καταγράφει το πλήρες φάσμα των σημάτων του φλοιού για μακρά χρονικά διαστήματα, συμπεριλαμβανομένων και κατά τη время της πρακτικής χρήσης BCI. “

Η ομάδα BrainGate ήταν σε θέση να συνεχίσει να εργάζεται κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19既然 η συσκευή είναι ασύρματη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο σπίτι χωρίς τεχνικό.

Ο Hochberg είναι επίσης κριτικός ιατρός νευρολόγος στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης και διευθυντής του Κέντρου Αναπαραγωγής και Τεχνολογίας του VA.

“Τον Μάρτιο του 2020, ήταν σαφές ότι δεν θα μπορούσαμε να επισκεφθούμε τα σπίτια των συμμετεχόντων μας”, είπε ο Hochberg. “Αλλά με την εκπαίδευση των φροντιστών πώς να καθορίσουν τη σύνδεση ασύρματου, ένας συμμετέχων της δοκιμής ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσει το BCI χωρίς τα μέλη της ομάδας μας να είναι φυσικά παρόντα. Έτσι, όχι μόνο μπορούσαμε να συνεχίσουμε την έρευνά μας, αλλά αυτή η τεχνολογία μας επέτρεψε να συνεχίσουμε με το πλήρες εύρος ζώνης και πιστότητα που είχαμε πριν. “

Σύμφωνα με τον Simeral, “Πολλές εταιρείες έχουν εισέλθει υπέροχα στο πεδίο BCI και έχουν ήδη αποδείξει ανθρώπινη χρήση ασύρματων συστημάτων χαμηλής ζώνης, συμπεριλαμβανομένων και κάποιων που είναι πλήρως εμβυθισμένα. Σε αυτή την αναφορά, είμαστε ενθουσιασμένοι που έχουμε χρησιμοποιήσει ένα ασύρματο σύστημα υψηλής ζώνης που προωθεί τις επιστημονικές και κλινικές ικανότητες για μελλοντικά συστήματα. “