Интерфейс мозг-машина может помочь людям с параличом

Международная группа исследователей разработала носимое устройство «мозг-машина» (ИМТ), которое может улучшить качество жизни людей с двигательной дисфункцией или параличом. Это может даже помочь людям с синдромом запертости, когда человек не может двигаться или общаться, несмотря на то, что находится в сознании.

Команду возглавил лаборатория Вун-Хонг Йео из Технологического института Джорджии, в которую вошли исследователи из Кентского университета в Великобритании и Университета Йонсей в Республике Корея. Команда объединила беспроводную электронику с мягким скальпом и виртуальную реальность в одной системе BMI. Система позволяет пользователям управлять инвалидной коляской или роботом-манипулятором, просто воображая действия.

Новый ИМТ был подробно описан в журнале Передовая наука в прошлом месяце.

Более удобное устройство

Йео — адъюнкт-профессор Школы машиностроения им. Джорджа Вудраффа.

«Главным преимуществом этой системы для пользователя по сравнению с тем, что существует в настоящее время, является то, что она мягкая и удобная для ношения, а также не имеет никаких проводов», — сказал Йео.

Системы ИМТ могут анализировать сигналы мозга и преобразовывать нейронную активность в команды, что позволяет людям воображать действия, которые должен выполнять ИМТ. Электроэнцефалография, или ЭЭГ, является наиболее распространенным неинвазивным методом получения сигналов, но для этого часто требуется тюбетейка с множеством проводов. 

Чтобы использовать эти устройства, необходимо использовать гели и пасты для поддержания контакта с кожей, и вся эта настройка требует много времени и неудобна для пользователя. Кроме того, устройства часто имеют плохой прием сигнала из-за деградации материала и артефактов движения, которые вызваны такими вещами, как скрежетание зубами. Этот тип шума появится в данных мозга, и исследователи должны его отфильтровать.

Машинное обучение и виртуальная реальность

Портативная система ЭЭГ, разработанная командой, улучшает сбор сигналов благодаря интеграции перехватываемых микроигольчатых электродов с мягкими беспроводными цепями. Чтобы измерить сигналы мозга, системе крайне важно определить, какие действия пользователь хочет выполнить. Для этого команда использовала алгоритм машинного обучения и компонент виртуальной реальности. 

В испытаниях, проведенных командой, участвовали четыре человека, а следующим шагом будет тестирование на людях с ограниченными возможностями. 

Йео также является директором Центра человеко-ориентированных интерфейсов и инженерии Технологического института Джорджии при Институте электроники и нанотехнологий, а также членом Института биоинженерии и биологических наук Пети. 

«Это всего лишь первая демонстрация, но мы в восторге от того, что увидели», — сказал Йео.

Еще в 2019 году та же команда представила мягкий носимый интерфейс ЭЭГ «мозг-машина», и в работе участвовал Муса Махмуд, который был ведущим автором как этого исследования, так и нового.

«Этот новый интерфейс мозг-машина использует совершенно другую парадигму, включающую воображаемые двигательные действия, такие как хватание любой рукой, что освобождает субъекта от необходимости смотреть на слишком много стимулов», — сказал Махмуд.

В исследовании 2021 года участвовали пользователи, демонстрирующие точное управление упражнениями виртуальной реальности с помощью своих мыслей или двигательных образов. 

«Виртуальные подсказки оказались очень полезными», — сказал Йео. «Они ускоряют и улучшают вовлеченность пользователей и точность. И мы смогли записать непрерывную высококачественную воображаемую двигательную активность».

Махмуд говорит, что теперь команда сосредоточится на оптимизации размещения электродов и более продвинутой интеграции ЭЭГ на основе стимулов.