मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस प्रौद्योगिकी में शोधकर्ता ने किया महत्वपूर्ण प्रगति

ब्रेनगेट शोधकर्ताओं ने हाल ही में ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस (बीसीआई) के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति की है, जिसमें टेट्राप्लेजिया से पीड़ित नैदानिक परीक्षण प्रतिभागियों ने एक इंट्राकॉर्टिकल वायरलेस बीसीआई का उपयोग किया है, जिसमें एक बाहरी वायरलेस ट्रांसमीटर है। यह पहली बार था जब ऐसी प्रणाली का उपयोग किया गया था, और यह एकल-न्यूरॉन रिज़ॉल्यूशन पर मस्तिष्क संकेतों को प्रसारित करने में सक्षम है।

शोध को पिछले महीने आईईईई ट्रांजैक्शन्स ऑन बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में प्रकाशित किया गया था।

प्रणाली पूर्ण ब्रॉडबैंड विश्वसनीयता के साथ संचारित होती है और उपयोगकर्ता को एक डिकोडिंग प्रणाली से शारीरिक रूप से जोड़ने की आवश्यकता नहीं है। पारंपरिक केबलों के बजाय, प्रणाली एक 2-इंच ट्रांसमीटर पर निर्भर करती है जो केवल 1.5 औंस से अधिक वजन का है। यह इकाई उपयोगकर्ता के सिर के ऊपर रखी जाती है और यह मस्तिष्क के मोटर कॉर्टेक्स में एक इलेक्ट्रोड सरणी से जुड़ती है, जो तार वाली प्रणालियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले समान पोर्ट के माध्यम से होती है।

अध्ययन में दो नैदानिक परीक्षण प्रतिभागियों ने भाग लिया, जिन्हें पक्षाघात है, और उन्होंने ब्रेनगेट प्रणाली का उपयोग एक वायरलेस ट्रांसमीटर के साथ किया। वायरलेस ट्रांसमीटर के माध्यम से, वे एक मानक टैबलेट कंप्यूटर पर इंगित कर सकते थे, क्लिक कर सकते थे और टाइप कर सकते थे।

अध्ययन ने दिखाया कि वायरलेस प्रणाली तार वाली प्रणालियों के समान विश्वसनीयता के साथ संकेतों को प्रसारित करने में सक्षम है।

जॉन सिमेरल ब्राउन विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर हैं। वह अध्ययन के प्रमुख लेखक और ब्रेनगेट अनुसंधान संघ के सदस्य हैं।

“हमने दिखाया है कि यह वायरलेस प्रणाली कार्यात्मक रूप से तार वाली प्रणालियों के समान है, जो वर्षों से बीसीआई प्रदर्शन में स्वर्ण मानक रही हैं,” सिमेरल ने कहा। “संकेतों को रिकॉर्ड किया जाता है और प्रसारित किया जाता है समान विश्वसनीयता के साथ, जिसका अर्थ है कि हम तार वाले उपकरण के साथ उपयोग किए जाने वाले समान डिकोडिंग एल्गोरिदम का उपयोग कर सकते हैं। एकमात्र अंतर यह है कि लोगों को अब हमारे उपकरण से शारीरिक रूप से जुड़ने की आवश्यकता नहीं है, जो नए अवसर खोलता है कि प्रणाली का उपयोग कैसे किया जा सकता है।”

शोधकर्ताओं के अनुसार, यह नई प्रगति हमें पूरी तरह से इम्प्लांटेबल इंट्राकॉर्टिकल प्रणाली के करीब ले जाती है जो घायल व्यक्तियों को फिर से चलने में सक्षम बना सकती है। यह नई प्रगति पहली डिवाइस है जो एक इंट्राकॉर्टिकल सेंसर द्वारा रिकॉर्ड किए गए संकेतों के पूर्ण स्पेक्ट्रम को प्रसारित करती है।

अध्ययन के परिणाम

परीक्षण में 35 वर्षीय पुरुष और 63 वर्षीय पुरुष शामिल थे, जिन्हें रीढ़ की हड्डी की चोटें थीं। वे प्रयोगशाला के बजाय घर पर प्रणाली का उपयोग कर सकते थे क्योंकि कोई केबल नहीं थे, और वे 24 घंटे तक इसका उपयोग कर सकते थे। यह लंबा समय अनुसंधानकर्ताओं को लंबी अवधि के डेटा एकत्र करने में सक्षम बनाता है।

लेघ होचबर्ग ब्राउन में इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और ब्राउन के कार्नी इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन साइंस में शोधकर्ता हैं। होचबर्ग ने ब्रेनगेट नैदानिक परीक्षण का नेतृत्व किया।

“हम यह जानना चाहते हैं कि तंत्रिका संकेत समय के साथ कैसे विकसित होते हैं,” होचबर्ग ने कहा। “इस प्रणाली के साथ, हम घर पर, लंबे समय तक, एक तरह से देख सकते हैं जो पहले लगभग असंभव था। यह हमें डिकोडिंग एल्गोरिदम डिज़ाइन करने में मदद करेगा जो पक्षाघात से पीड़ित लोगों के लिए संचार और गतिशीलता की बहाली के लिए सहज, सटीक और विश्वसनीय हैं।”

ब्रेनगेट संघ

ब्रेनगेट संघ ब्राउन, स्टैनफोर्ड और केस वेस्टर्न रिजर्व विश्वविद्यालयों से शोधकर्ताओं का एक अंतःविषय समूह है। इसमें प्रोविडेंस वेटरन्स अफेयर्स मेडिकल सेंटर और मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल के व्यक्ति भी शामिल हैं।

टीम ने 2012 में शोध प्रकाशित किया था जिसमें दिखाया गया था कि नैदानिक परीक्षण प्रतिभागी एक बीसीआई का उपयोग करके बहु-आयामी रोबोटिक प्रोस्थेटिक्स को संचालित कर सकते हैं। तब से, समूह ने लगातार प्रणाली को परिष्कृत किया है और नए प्रगति हासिल की है।

शार्लीन फ्लेशर सह-लेखक और स्टैनफोर्ड में पूर्व पोस्टडॉक्टरल फेलो हैं। फ्लेशर अब एप्पल में हार्डवेयर इंजीनियर के रूप में काम करती हैं।

“इंट्राकॉर्टिकल बीसीआई का विकास, जो एक तार केबल की आवश्यकता से एक मिनिएचर वायरलेस ट्रांसमीटर का उपयोग करने की ओर है, एक पूरी तरह से इम्प्लांटेबल, उच्च-प्रदर्शन वाले न्यूरल इंटरफेस के कार्यात्मक उपयोग की दिशा में एक बड़ा कदम है,” फ्लेशर ने कहा। “जैसे ही क्षेत्र सहायक उपकरण नियंत्रण की सटीकता को बनाए रखते हुए प्रसारित बैंडविथ को कम करने की दिशा में बढ़ रहा है, यह अध्ययन उन कुछ में से एक हो सकता है जो व्यावहारिक बीसीआई उपयोग के दौरान, विस्तारित अवधि के लिए, मस्तिष्क संकेतों की पूर्ण श्रृंखला को कैप्चर करता है।”

ब्रेनगेट टीम कोविड-19 महामारी के दौरान भी काम करने में सक्षम रही है क्योंकि डिवाइस वायरलेस है और घर पर तकनीशियन के बिना उपयोग किया जा सकता है।

होचबर्ग मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल में एक महत्वपूर्ण देखभाल तंत्रिका विज्ञानी और वीए रिहैबिलिटेशन रिसर्च एंड डेवलपमेंट सेंटर फॉर न्यूरोरेस्टोरेशन एंड न्यूरोटेक्नोलॉजी के निदेशक हैं।

“मार्च 2020 में, यह स्पष्ट हो गया कि हम अपने शोध प्रतिभागियों के घरों का दौरा नहीं कर पाएंगे,” होचबर्ग ने कहा। “लेकिन देखभालकर्ताओं को वायरलेस कनेक्शन स्थापित करने के लिए प्रशिक्षित करके, एक परीक्षण प्रतिभागी हमारी टीम के सदस्यों के शारीरिक रूप से मौजूद होने के बिना बीसीआई का उपयोग कर सकता था। इसलिए, न केवल हम अपने शोध को जारी रख सके, बल्कि यह प्रौद्योगिकी हमें पहले की तरह पूर्ण बैंडविथ और विश्वसनीयता के साथ जारी रखने की अनुमति दी।”

सिमेरल के अनुसार, “कई कंपनियों ने बीसीआई क्षेत्र में बहुत अच्छी तरह से प्रवेश किया है, और उनमें से कुछ ने पहले से ही मानव उपयोग का प्रदर्शन किया है कम-बैंडविथ वायरलेस प्रणालियों का, जिनमें से कुछ पूरी तरह से इम्प्लांटेबल हैं। इस रिपोर्ट में, हम एक उच्च-बैंडविथ वायरलेस प्रणाली का उपयोग करने के लिए उत्साहित हैं जो भविष्य की प्रणालियों के लिए वैज्ञानिक और नैदानिक क्षमताओं को आगे बढ़ाती है।”