Интерфейс мозг-машина может помочь людям с параличом

Международная команда исследователей разработала носимый интерфейс мозг-машина (ИММ), который может улучшить качество жизни людей с двигательными нарушениями или параличом. Он также может помочь людям с синдромом запертого человека, когда человек не может двигаться или общаться, несмотря на то, что он находится в сознании.

Команда была возглавлена лабораторией Вун-Хон Яо в Институте технологий Джорджии и включала исследователей из Университета Кента в Великобритании и Йонсейского университета в Республике Корея. Команда объединила беспроводные мягкие электронные устройства для скальпа и виртуальную реальность в единой системе ИММ. Система позволяет пользователям контролировать инвалидное кресло или роботизированную руку, просто представляя действия.

Новый ИММ был описан в журнале Advanced Science в прошлом месяце.

Более комфортное устройство

Яо является доцентом в Школе механической инженерии Джорджа В. Вудраффа.

“Основное преимущество этой системы для пользователя, по сравнению с тем, что существует сейчас, заключается в том, что она мягкая и комфортная в носке, и не имеет проводов”, – сказал Яо.

Системы ИММ могут анализировать сигналы мозга и передавать нейронную активность в команды, что позволяет людям представлять действия для выполнения ИММ. Электроэнцефалография, или ЭЭГ, является наиболее распространенным неинвазивным методом получения сигналов, но часто требует шапки с многими проводами.

Для использования этих устройств требуется использование гелей и паст для поддержания контакта с кожей, и все это установка занимает много времени и неудобна для пользователя. Кроме того, устройства часто имеют плохое качество сигнала из-за деградации материала и артефактов движения, вызванных такими вещами, как скрежет зубов. Этот тип шума появляется в данных мозга, и исследователям приходится фильтровать его.

Машинное обучение и виртуальная реальность

Портативная система ЭЭГ, разработанная командой, улучшает качество сигнала благодаря интеграции перфорированных микроигл с мягкими беспроводными контурами. Для измерения сигналов мозга важно, чтобы система определяла, какие действия пользователь хочет выполнить. Для этого команда использовала алгоритм машинного обучения и компонент виртуальной реальности.

Тесты, проведенные командой, включали четырех человек, и следующим шагом будет тестирование на людях с ограниченными возможностями.

Яо также является директором Центра человеко-ориентированных интерфейсов и инженерии в Институте электроники и нанотехнологий, а также членом Института биоинженерии и бионаук им. Пети.

“Это только первая демонстрация, но мы рады тому, что мы видим”, – сказал Яо.

В 2019 году та же команда представила мягкий, носимый интерфейс мозг-машина, и работа включала Мусу Махмуда, который был основным автором как того исследования, так и нового.

“Этот новый интерфейс мозг-машина использует совершенно другой подход, включающий представленные моторные действия, такие как захват рукой, что освобождает субъекта от необходимости смотреть на слишком много стимулов”, – сказал Махмуд.

Исследование 2021 года включало демонстрацию точного контроля над упражнениями виртуальной реальности с помощью мыслей, или моторного воображения.

“Виртуальные подсказки оказались очень полезными”, – сказал Яо. “Они ускоряют и улучшают вовлеченность пользователя и точность. И мы смогли записать непрерывную, высококачественную моторную активность.”

Махмуд говорит, что команда теперь сосредоточится на оптимизации размещения электродов и более продвинутой интеграции стимул-ориентированной ЭЭГ.