Interfața creier-mașină ar putea ajuta persoanele cu paralizie

O echipă internațională de cercetători a dezvoltat un dispozitiv purtabil pentru creier-mașină (BMI) care ar putea îmbunătăți calitatea vieții persoanelor cu disfuncție motrică sau paralizie. Ar putea chiar să-i ajute pe cei cu sindromul blocat, adică atunci când o persoană nu se poate mișca sau comunica, deși este conștientă.

Echipa a fost condusă de laboratorul lui Woon-Hong Yeo de la Institutul de Tehnologie din Georgia și a inclus cercetători de la Universitatea Kent din Marea Britanie și Universitatea Yonsei din Republica Coreea. Echipa a combinat electronica wireless a scalpului moale și realitatea virtuală într-un singur sistem IMC. Sistemul permite utilizatorilor să controleze un scaun cu rotile sau un braț robot doar prin imaginarea acțiunilor.

Noul IMC a fost detaliat în jurnal Știință avansată luna trecută.

Un dispozitiv mai confortabil

Yeo este profesor asociat la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering.

„Majorul avantaj al acestui sistem pentru utilizator, comparativ cu ceea ce există în prezent, este că este moale și confortabil de purtat și nu are fire”, a spus Yeo.

Sistemele IMC pot analiza semnale ale creierului și pot transmite activitatea neuronală în comenzi, ceea ce le permite indivizilor să-și imagineze acțiuni pe care IMC să le realizeze. Electroencefalografia, sau EEG, este cea mai comună metodă non-invazivă pentru obținerea semnalelor, dar adesea necesită o calotă craniană cu multe fire. 

Pentru a utiliza aceste dispozitive, este necesară utilizarea gelurilor și a pastelor pentru a menține contactul cu pielea, iar toată această configurație necesită timp și este inconfortabilă pentru utilizator. În plus, dispozitivele au adesea o achiziție slabă a semnalului din cauza degradării materialelor și a artefactelor de mișcare, care sunt cauzate de lucruri precum șlefuirea dinților. Acest tip de zgomot va apărea în datele despre creier, iar cercetătorii trebuie să îl filtreze.

Învățare automată și realitate virtuală

Sistemul EEG portabil proiectat de echipă îmbunătățește achiziția semnalului datorită integrării electrozilor microneedle interceptabili cu circuite wireless moi. Pentru a măsura semnalele creierului, este esențial ca sistemul să determine ce acțiuni dorește să efectueze un utilizator. Pentru a realiza acest lucru, echipa s-a bazat pe un algoritm de învățare automată și pe o componentă de realitate virtuală. 

Testele efectuate de echipă au implicat patru subiecți umani, iar următorul pas este testarea acestuia pe persoane cu dizabilități. 

Yeo este, de asemenea, director al Centrului pentru interfețe și inginerie centrate pe om din Georgia Tech din cadrul Institutului pentru Electronică și Nanotehnologie, precum și membru al Institutului Petit pentru Bioinginerie și Bioștiință. 

„Aceasta este doar o primă demonstrație, dar suntem încântați de ceea ce am văzut”, a spus Yeo.

În 2019, aceeași echipă a introdus o interfață moale și purtabilă EEG creier-mașină, iar munca l-a inclus pe Musa Mahmood, care a fost autorul principal atât al acelei cercetări, cât și al celei noi.

„Această nouă interfață creier-mașină folosește o paradigmă complet diferită, care implică acțiuni motorii imaginare, cum ar fi apucarea cu oricare dintre mâini, ceea ce eliberează subiectul de a fi nevoit să se uite la prea mulți stimuli”, a spus Mahmood.

Studiul din 2021 a implicat utilizatorii care demonstrează controlul precis al exercițiilor de realitate virtuală cu gândurile lor sau cu imaginile motorii. 

„Instrucțiunile virtuale s-au dovedit a fi foarte utile”, a spus Yeo. „Ele accelerează și îmbunătățesc implicarea și acuratețea utilizatorilor. Și am reușit să înregistrăm o activitate continuă, de înaltă calitate, a imaginilor motorii.”

Mahmood spune că echipa se va concentra acum pe optimizarea plasării electrozilor și pe integrarea mai avansată a EEG bazată pe stimuli.