Araştırmacılar Beyin-Bilgisayar Arayüzü Teknolojisi Alanında Çığır Açan Bir Atılım Gerçekleştirdi

BrainGate araştırmacıları, tetrapleji olan klinik deneme katılımcılarının intrakortikal kablosuz bir BCI ile external kablosuz bir verici kullanarak beyin-bilgisayar arayüzleri (BCI’ler) alanında önemli bir atılım gerçekleştirdiler. Bu sistem ilk kez kullanıldı ve tek nöron çözünürlüğünde beyin sinyallerini iletebiliyor.

Araştırma IEEE Transactions on Biomedical Engineering dergisinin geçen ayki sayısında yayımlandı.

Sistem ayrıca tam bant genişliği ve fiziksel olarak bir kodlama sistemine bağlanmaya gerek duymuyor. Geleneksel kabloların yerine, sistem 2 inç boyunda ve sadece 1,5 ons ağırlığında bir verici kullanıyor. Bu ünite, bir kullanıcının başının üzerine yerleştiriliyor ve beyinlerinin motor korteksindeki bir elektrot dizisine aynı kablolu sistemlerin kullandığı bağlantı noktası üzerinden bağlanıyor.

Çalışma, felç olan iki klinik deneme katılımcısını içermekteydi ve onlar BrainGate sistemini kablosuz bir verici ile kullandılar. Kablosuz verici sayesinde, standart bir tablet bilgisayarda işaret edebildiler, tıklayabildiler ve yazabildiler.

Çalışma, kablosuz sistemin kablolu sistemlerinkiyle aynı sadakatle sinyaller iletebileceğini gösterdi.

John Simeral, Brown Üniversitesi’nde mühendislik asistan profesörüdür. Çalışmanın baş yazarı ve BrainGate araştırma konsorsiyumunun bir üyesidir.

“Kablosuz sistemin, yıllardır BCI performansı için altın standardı olan kablolu sistemlere işlevsel olarak eşdeğer olduğunu gösterdik” dedi Simeral. “Sinyaller, aynı zamanda kablolu ekipmanla kullandığımız aynı çözünürlükte kaydediliyor ve iletiliyor, bu da aynı kodlama algoritmalarını kullanabileceğimiz anlamına geliyor. Tek fark, insanların artık ekipmanımıza fiziksel olarak bağlı olmalarına gerek olmaması, bu da sistemin nasıl kullanılabileceği konusunda yeni olanaklar sunuyor.”

Araştırmacılara göre, yeni atılım, yaralanan bireylerin yeniden hareket edebilmesi için tam olarak implante edilebilen intrakortikal bir sisteme bir adım daha yaklaştırdı. Yeni gelişme, bir intrakortikal sensör tarafından kaydedilen sinyallerin tam spektrumunu ileten ilk cihazdır.

Çalışmanın Sonuçları

Deneme, omurilik yaralanması olan 35 yaşındaki bir erkek ve 63 yaşındaki bir erkek içermekteydi. Kablo olmaması nedeniyle sistemi evde laboratuvar yerine kullanabildiler ve 24 saate kadar kullanabildiler. Bu uzun süre, araştırmacılara uzun süreli veri toplama imkanı sağladı.

Leigh Hochberg, Brown’da mühendislik profesörü ve Brown’un Carney Enstitüsü için Beyin Bilimi’nde bir araştırmacıdır. Hochberg, BrainGate klinik denemesini yönetti.

“Nöral sinyallerin zaman içinde nasıl evrildiğini anlamak istiyoruz” dedi Hochberg. “Bu sistemle, evde, uzun süreler boyunca, daha önce neredeyse imkansız olan bir şekilde beyin aktivitesine bakabiliyoruz. Bu, iletişim ve hareketin kesintisiz, sezgisel ve güvenilir bir şekilde restore edilmesi için kodlama algoritmaları tasarlamamıza yardımcı olacaktır.”

BrainGate Konsorsiyumu

BrainGate konsorsiyumu, Brown, Stanford ve Case Western Reserve üniversitelerinden disiplinler arası bir araştırmacı grubudur. Ayrıca Providence Veterans Affairs Tıp Merkezi ve Massachusetts General Hospital’dan kişiler içermektedir.

Ekibin 2012 yılında yayımlanan bir çalışması, klinik deneme katılımcılarının bir BCI kullanarak çok boyutlu robotik protezleri çalıştırabildiğini gösterdi. O zamandan beri, grup sistemi sürekli olarak iyileştirdi ve yeni atılımlar gerçekleştirdi.

Sharlene Flesher, ortak yazar ve以前 Stanford’da doktora sonrası araştırma görevlisiydi. Flesher şimdi Apple’da donanım mühendisi olarak çalışıyor.

“Intrakortikal BCI’lerin bir kablo kablosundan ziyade bir mini kablosuz verici kullanmaya evrilmesi, tam olarak implante edilebilen, yüksek performanslı nöral arayüzlere fonksiyonel olarak kullanım için önemli bir adımdır” dedi Flesher. “Alan, iletilen bant genişliğini azaltırken yardımcı cihaz kontrolünün doğruluğunu korurken ilerlerken, bu çalışma, uzun süreler boyunca, özellikle de pratik BCI kullanımı sırasında dahil olmak üzere kortikal sinyallerin tam kapsamını yakalayan birkaç çalışmadan biri olabilir.”

BrainGate ekibi, cihazın kablosuz olması nedeniyle COVID-19 salgını sırasında çalışmaya devam edebildi.

Hochberg ayrıca Massachusetts General Hospital’da kritik bakım nörologu ve V.A. Rehabilitasyon Araştırma ve Geliştirme Merkezi için Nörorestorasyon ve Nöroteknoloji direktörüdür.

“Mart 2020’de, araştırma katılımcılarının evlerine ziyaret edemeyeceğimiz açık hale geldi” dedi Hochberg. “Ancak bakım sağlayıcılarına kablosuz bağlantıyı kurmayı öğretmek, bir deneme katılımcısının ekibimizin fiziksel olarak orada olmadan BCI’yi kullanabilmesini sağladı. Böylece sadece araştırmamıza devam edebildik, aynı zamanda önceki gibi tam bant genişliği ve doğrulukla devam edebildik.”

Simeral’e göre, “Çok sayıda şirket BCI alanına harika bir şekilde girdi ve bazıları zaten düşük bant genişimli kablosuz sistemlerin insan kullanımını gösterdi, bazıları tamamen implante edilebiliyor. Bu raporda, gelecekteki sistemlerin bilimsel ve klinik yeteneklerini ilerleten yüksek bant genişimli bir kablosuz sistemi kullandığımız için heyecanlıyız.”