A kutatók áttörést értek el az agy-számítógép interfész technológiájában

BrainGate A kutatók a közelmúltban jelentős áttörést értek el az agy-számítógép interfészek (BCI) területén, miután a klinikai vizsgálatban résztvevők tetraplégiában bebizonyították, hogy intrakortikális vezeték nélküli BCI-t használnak külső vezeték nélküli adóval. Ez volt az első alkalom, hogy ilyen rendszert használtak, és képes agyi jelek továbbítására egyetlen neuron felbontással. 

A kutatást a IEEE-tranzakciók az orvosbiológiai tervezésről múlt hónapban. 

A rendszer teljes szélessávú hűséggel továbbít, és nem kell fizikailag hozzákötnie a felhasználót egy dekódoló rendszerhez. A hagyományos kábelek helyett a rendszer egy 2 hüvelykes adóra támaszkodik, amely valamivel több, mint 1.5 uncia. Ez az egység a felhasználó feje tetején van elhelyezve, és egy elektródatömbhöz csatlakozik, amely az agy motoros kéregében található, és ezt ugyanazon a porton keresztül teszi, amelyet a vezetékes rendszerek használnak. 

A tanulmányban a klinikai vizsgálat két résztvevője vett részt, akiknek bénultsága van, és ők a BrainGate rendszert használták vezeték nélküli adóval. A vezeték nélküli adón keresztül mutogathattak, kattinthattak és gépelhettek egy szabványos táblagépen. 

A tanulmány kimutatta, hogy a vezeték nélküli rendszer ugyanolyan pontossággal képes jeleket továbbítani, mint a vezetékes rendszerek.

John Simeral a Brown Egyetem mérnöki adjunktusa. A tanulmány vezető szerzője és a BrainGate kutatókonzorcium tagja. 

„Bebizonyítottuk, hogy ez a vezeték nélküli rendszer funkcionálisan egyenértékű azokkal a vezetékes rendszerekkel, amelyek évek óta az arany szabványnak számítanak a BCI teljesítményében” – mondta Simeral. „A jelek rögzítése és továbbítása megfelelően hasonló pontossággal történik, ami azt jelenti, hogy ugyanazokat a dekódolási algoritmusokat használhatjuk, mint a vezetékes berendezéseknél. Az egyetlen különbség az, hogy az embereket többé nem kell fizikailag a berendezéseinkhez kötni, ami új lehetőségeket nyit a rendszer használatában.”

A kutatók szerint az új áttörés közelebb visz egy teljesen beültethető intrakortikális rendszerhez, amely képes a sérült egyének számára a mozgás újbóli mozgását. Az új fejlesztés az első olyan eszköz, amely az intrakortikális szenzor által rögzített jelek teljes spektrumát továbbítja. 

A tanulmány eredményei

A perben egy 35 éves és egy 63 éves férfi vett részt, akik gerincvelő-sérülést szenvedtek. Kábelhiány miatt a labor helyett otthon tudták használni a rendszert, és akár 24 óráig is használhatták. Ez a hosszú idő lehetővé tette a kutatók számára, hogy hosszú távú adatokat gyűjtsenek. 

Leigh Hochberg a Brown mérnök professzora és a Brown's Carney Institute for Brain Science kutatója. Hochberg vezette a BrainGate klinikai vizsgálatát. 

"Szeretnénk megérteni, hogyan fejlődnek az idegi jelek az idő múlásával" - mondta Hochberg. „Ezzel a rendszerrel képesek vagyunk az agyi tevékenységet otthon, hosszú időn keresztül vizsgálni, olyan módon, ami korábban szinte lehetetlen volt. Ez segíteni fog nekünk olyan dekódoló algoritmusok megtervezésében, amelyek zökkenőmentesen, intuitívan, megbízhatóan visszaállítják a kommunikációt és a mobilitást a bénult emberek számára.”

BrainGate Konzorcium 

A BrainGate konzorcium a Brown, Stanford és Case Western Reserve egyetemek kutatóinak interdiszciplináris csoportja. A Providence Veterans Affairs Medical Center és a Massachusetts General Hospital egyének is részt vesznek benne. 

A csapat 2012-ben publikált egy kutatást, amely bemutatta, hogy a klinikai vizsgálatok résztvevői hogyan tudnak először többdimenziós robotprotéziseket működtetni BCI segítségével. Azóta a csoport folyamatosan finomította a rendszert, és újabb áttöréseket ért el. 

Sharlene Flesher társszerző és korábbi posztdoktori ösztöndíjas a Stanfordon. Flesher most hardvermérnökként dolgozik az Apple-nél. 

„Az intrakortikális BCI-k evolúciója a drótkábel megköveteléséről a miniatűr vezeték nélküli adó használatára jelentős lépést jelent a teljesen beültetett, nagy teljesítményű neurális interfészek funkcionális használata felé” – mondta Flesher. "Mivel a mező az átviteli sávszélesség csökkentése felé halad, miközben megőrzi a kisegítő eszközök vezérlésének pontosságát, ez a tanulmány egyike lehet azoknak a kevésnek, amelyek a kérgi jelek teljes szélességét rögzítik hosszabb ideig, beleértve a gyakorlati BCI-használatot is." 

A BrainGate csapata folytatni tudta a munkát a COVID-19 világjárvány idején, mivel az eszköz vezeték nélküli, és technikus nélkül is használható otthon. 

Hochberg emellett a Massachusetts General Hospital kritikus neurológusa és a VA Rehabilitációs Kutató- és Fejlesztési Központjának igazgatója, a Neurorestoration and Neurotechnology. 

„2020 márciusában világossá vált, hogy nem fogjuk tudni ellátogatni kutatási résztvevőink otthonába” – mondta Hochberg. „De a gondozókat tanítva a vezeték nélküli kapcsolat létrehozására, egy próba résztvevője anélkül tudta használni a BCI-t, hogy csapatunk tagjai fizikailag ott voltak. Így nem csak folytatni tudtuk kutatásainkat, ez a technológia lehetővé tette számunkra, hogy a korábbi teljes sávszélességgel és hűséggel folytassuk.”

Simeral szerint „Több vállalat csodálatosan lépett be a BCI területére, és néhányan már bizonyították az alacsony sávszélességű vezeték nélküli rendszerek emberi használatát, köztük olyanokat is, amelyek teljesen beültetettek. Ebben a jelentésben izgatottak vagyunk, hogy nagy sávszélességű vezeték nélküli rendszert használtunk, amely továbbfejleszti a jövőbeli rendszerek tudományos és klinikai képességeit.”