Cercetătorii realizează o descoperire majoră în tehnologia interfeței creier-calculator

BrainGate cercetătorii au făcut recent o descoperire majoră în domeniul interfețelor creier-calculator (BCI) după ce participanții la trialul clinic cu tetraplegie au demonstrat utilizarea unui BCI intracortical wireless cu un transmițător wireless extern. A fost pentru prima dată când un astfel de sistem a fost utilizat, și este capabil să transmită semnale cerebrale la rezoluție de neuron unic. 

Cercetarea a fost publicată în IEEE Transactions on Biomedical Engineering luna trecută. 

Sistemul transmite, de asemenea, în fidelitate completă și nu necesită ca utilizatorul să fie conectat fizic la un sistem de decodare. În locul cablurilor tradiționale, sistemul se bazează pe un transmițător de 2 inch care cântărește doar puțin peste 1,5 uncii. Acesta este plasat pe partea superioară a capului utilizatorului și se conectează la o matrice de electrozi care se află în cortexul motor al creierului, și face acest lucru prin același port pe care îl utilizează sistemele cablate. 

Studiul a implicat doi participanți la trialul clinic care suferă de paralizie, și au utilizat sistemul BrainGate cu un transmițător wireless. Prin intermediul transmițătorului wireless, au putut indica, face clic și scrie pe un calculator tabletă standard. 

Studiul a demonstrat că sistemul wireless este capabil să transmită semnale cu aceeași fidelitate ca și sistemele cablate.

John Simeral este profesor asistent de inginerie la Universitatea Brown. El este autorul principal al studiului și membru al consorțiului de cercetare BrainGate. 

“Am demonstrat că acest sistem wireless este funcțional echivalent cu sistemele cablate care au fost standardul de aur în performanța BCI de ani de zile,” a spus Simeral. “Semnalele sunt înregistrate și transmise cu o fidelitate adecvat similară, ceea ce înseamnă că putem utiliza aceleași algoritmi de decodare pe care le-am utilizat cu echipamentele cablate. Singura diferență este că oamenii nu mai trebuie să fie conectați fizic la echipamentele noastre, ceea ce deschide noi posibilități în ceea ce privește modul în care sistemul poate fi utilizat.”

Conform cercetătorilor, noua descoperire ne apropie de un sistem intracortical complet implantabil care poate oferi indivizilor răniți capacitatea de a se mișca din nou. Noua dezvoltare este primul dispozitiv care transmite spectrul complet de semnale înregistrate de un senzor intracortical. 

Rezultatele studiului

Trialul a implicat un bărbat de 35 de ani și un bărbat de 63 de ani, ambii suferind de leziuni ale măduvei spinării. Ei au putut utiliza sistemul acasă, în loc de laborator, datorită lipsei de cabluri, și au putut să-l utilizeze timp de până la 24 de ore. Acest timp îndelungat a permis cercetătorilor să colecteze date pe termen lung. 

Leigh Hochberg este profesor de inginerie la Universitatea Brown și cercetător la Institutul de Știință a Creierului Carney. Hochberg a condus trialul clinic BrainGate. 

“Vrem să înțelegem cum evoluează semnalele neuronale în timp,” a spus Hochberg. “Cu acest sistem, suntem capabili să examinăm activitatea creierului, acasă, pe perioade lungi de timp, într-un mod care era aproape imposibil înainte. Acest lucru ne va ajuta să proiectăm algoritmi de decodare care să ofere o restaurare fără efort, intuitivă și fiabilă a comunicării și mobilității pentru persoanele cu paralizie.”

Consorțiul BrainGate

Consorțiul BrainGate este un grup interdisciplinar de cercetători de la universitățile Brown, Stanford și Case Western Reserve. Acesta implică, de asemenea, indivizi de la Centrul Medical al Afacerilor Veterane din Providence și Spitalul General Massachusetts. 

Echipa a publicat cercetări în 2012 care au demonstrat cum participanții la trialul clinic au putut opera proteze robotice multidimensionale utilizând un BCI pentru prima dată. De atunci, grupul a refăcut continuu sistemul și a realizat noi descoperiri. 

Sharlene Flesher este coautor și fostă bursieră postdoctorală la Stanford. Flesher lucrează acum ca inginer hardware la Apple. 

“Evoluția interfețelor creier-calculator intracorticale de la a necesita un cablu la a utiliza un transmițător wireless miniaturizat este un pas major către utilizarea funcțională a interfețelor neuronale complet implantabile și de înaltă performanță,” a spus Flesher. “Pe măsură ce domeniul se îndreaptă spre reducerea benzii de transmisie, păstrând în același timp acuratețea controlului dispozitivului asistiv, acest studiu poate fi unul dintre puținele care capturează întreaga amploare a semnalelor corticale pentru perioade lungi de timp, inclusiv în timpul utilizării practice a BCI.” 

Echipa BrainGate a putut continua să lucreze în timpul pandemiei de COVID-19, deoarece dispozitivul este wireless și poate fi utilizat acasă fără un tehnician. 

Hochberg este, de asemenea, neurolog de îngrijiri critice la Spitalul General Massachusetts și director al Centrului de Cercetare și Dezvoltare pentru Neurorestaurare și Neurotehnologie al Afacerilor Veterane. 

“În martie 2020, a devenit clar că nu vom putea vizita casele participanților noștri la cercetare,” a spus Hochberg. “Dar, prin antrenarea îngrijitorilor pentru a stabili conexiunea wireless, un participant la trial a putut utiliza BCI-ul fără ca membrii echipei noastre să fie fizic prezenți. Așadar, nu numai că am putut continua cercetarea noastră, dar tehnologia ne-a permis să continuăm cu întreaga bandă și fidelitate pe care le aveam înainte.”

Conform lui Simeral, “Mai multe companii au intrat minunat în domeniul BCI, și unele au demonstrat deja utilizarea de sisteme wireless cu bandă joasă de către oameni, inclusiv unele care sunt complet implantate. În acest raport, suntem încântați să utilizăm un sistem wireless cu bandă largă care avansează capacitățile științifice și clinice pentru sistemele viitoare.”