Tutkijat käyttävät tekoälyä avustamaan aivoverenkierron häiriöistä kärsiviä ihmisiä sähköpyörätuolien käytössä aivoaalloilla

Hetkeä ennen kuin istuin sähköpyörätuoliin, tutkijat asettivat pääni päälle kypärän, jossa oli sähköjohtimet, jotka upposivat kallooni. He tekivät säätöjä, kunnes kannettava tietokone, joka oli kytketty kypärään, alkoi vastaanottaa signaaleja aivostani.

Aivoaaltojen heikkojen signaalien havaitsemiseksi ja niiden tunnistamiseksi tekoälyllä, minua kehotettiin harjoittelemaan kuviteltua liikettä ohjaamalla hahmoa ruudulla vain ajatuksillani, mikä olisi myöhemmin pyörätuolin ohjaamisen perusta.

Se vaati jonkin verran harjoittelua, mutta lopulta hahmo liikkui yksin ajatuksillani, kun ajattelin puristavani vasenta kättäni.

Vaikka tein virheen – kuten ohjasin hahmoa esteen puoleen eikä siitä poispäin – tutkijat selittivät, että ohje oli ohitettu tekoälyllä, joka oli jo tunnistanut aivoaaltorakenteita, jotka voisivat auttaa sen tarkkaan ennustamaan tulevia ohjeita hahmolle.

Kun laite oli koulutettu aivoaalloillani, se oli aika yrittää ohjata sähköpyörätuolia ajatuksillani. Suljin silmäni ja keskityin siihen, miten se tuntui, kun liikuttelin vasenta kättäni, joka oli lepoasennossa jalkani päällä. Kun kuvittelin puristavani nyrkkiä vasemmalla kädelläni, pyörätuoli alkoi liikkua vasemmalle – toivomani suunta!

Vaikka en tarvitse pyörätuolia arjessani, kokemus pyörätuolin ohjaamisesta ajatuksillani – tekoälyn avustuksella – oli inspiroiva, kun ajattelin sitä potentiaalia, joka sillä voisi olla parantamaan elämää niille, jotka kärsivät vakavista selkärankahermoireista tai neurologisista oireista, kuten MS-tauti, CP tai Guillain-Barré-oireyhtymä.

Nämä oireet usein jättävät potilaat sänkyyn tai riippuvaiseksi sairaanhoitajista tai perheenjäsenistä, jotka auttavat heitä liikkumisessa.

Vuodesta 2009 lähtien tutkijat ovat pyrkineet kehittämään teknologiaa, joka auttaisi henkilöitä, jotka ovat vaikuttaneita näihin oireisiin, palauttamaan osan liikkuvuudestaan ja kehollista autonomiaansa. Vuonna 2009 Toyota ilmoitti sähköpyörätuolista, jota voitiin ohjata EEG-signaaleilla; vuonna 2023 Italian Padovan yliopiston tutkijat kehittivät aivokone rajapintateknologiaa, joka mahdollistaa täysin halvaantuneiden henkilöiden ajaa sähköpyörätuolia aivoaalloilla; ja muut aivoaaltovoimaiset pyörätuoli tutkimukset sisällyttävät lisäksi virtuaalitodellisuutta, tietokone näköä ja offline- kalibrointiteknologiaa.

Vaikka nämä innovaatiot ovat auttaneet meitä saavuttamaan lähemmäs liikkuvuuden kuilun ylittämistä henkilöille, jotka kärsivät vakavista selkäranka- ja neurologisista oireista, NTT Researchin tutkijat kertoivat minulle, että monia rajoituksia edelleen on, erityisesti kun otetaan huomioon, että aivoaallot eivät välttämättä ole samanlaisia kaikkien ihmisten kesken eikä edes yksilön elämän aikana.

NTT Research esitteli San Franciscon Upgrade 2025 -konferenssissa tekoälyteknologiaa, joka voi ennustaa ja täydentää häiriintyneitä aivoaaltosignaaleja, mahdollistaen potilaiden, joilla on jopa vakavia neurologisia oireita, ohjata sähköpyörätuolia.

“On tiedossa, että aivoaallot voivat vaihdella monien tekijöiden vuoksi. Mutta meidän teknologiamme on suunniteltu optimoimaan tekoälyä kullekin yksilölle, joten uskomme, että se säilyy tehokkaana vaikka näissä vaihtelussa”, Kengo Okitsu, tutkija, joka työskenteli hankkeessa, kertoi minulle.

Aivojen sähköinen toiminta tallennetaan alfa-, beeta-, gamma-, delta- ja thetayksiköissä, ja suurin osa niiden toiminnallista merkitystä on edelleen keskusteltavaa. Beeta– ja mu-rytmi alfa-aallot, jotka vaihtelevat 12 ja 30 Hz sekä 8 ja 10 Hz, liittyvät liikkeeseen, joka viittaa suunniteltuun ja ohjattuun liikkeeseen.

Aivoaallot eivät kuitenkaan ole samanlaisia kaikkien ihmisten kesken. Yksilöt, joilla on kognitiivisia häiriöitä, kuten dementia ja Alzheimerin tauti, kokivat vähentyneen aivoaaltoaktiivisuuden ja reagointikykyä. Ikä voi myös häiritä yksilöiden kykyä tuottaa aivoaaltoja, jotka ovat tarpeeksi voimakkaita ohjata sähköpyörätuolia; ja jopa psykiatriset häiriöt, kuten ADHD, skitsofrenia ja masennus vaikuttavat EEG-taajuuteen.

Olemassa oleva aivoaaltoteknologia ei voi käytännössä pysyä näiden muutosten mukana. Sen sijaan tutkijat panostavat tekoälyyn avustamaan riittämättömiä tai epätarkkoja aivosaaltoja tunnistamalla aivoaaltomalleja, jotka mahdollistavat sen ennustaa kuviteltua kehon liikettä.

“Teknologiamme toimii jokaiselle, koska se päivitetään jatkuvasti tekoälyllä”, Okitsu sanoi. “Se keskittyy keräämään dataa tekoälylle aivokone rajapinnan toiminnan aikana. Ihmiset voivat ohjata hahmoa ensin, ja sitten teknologiamme päivittää tekoälyn avulla.”

Tutkijat korostivat myös, että suhteellisen nopea reagointiaika ajatuksen, kuten nyrkin puristamisen, muuttamiseksi toiminnoksi, kuten pyörätuolin kääntämiseksi, on myös mahdollistettu valonnopeudella toimivalla fotoniikka-pohjaisella viestintäinfrastruktuurilla, joka mahdollistaa suuren kapasiteetin ja matalan viiveen tietokäsittelyn. Verkko käyttää valoa sijaan sähköisiä signaaleja tiedonsiirtoon nopeuttaakseen tietojen siirtoa ja käsittelyä.

Näiden teknologioiden yhdistäminen aivoaalto-ohjattuihin sähköpyörätuoleihin edustaa uusien teknologioiden hyödyntämistä helpompien liikkumisvälineiden luomiseksi.

Hanke voi merkitä elämänmuutosta sekä vammautuneille ihmisille että heidän hoitajilleen, jotka molemmat saavat enemmän vapautta ja autonomiaa.