Beyin-Bilgisayar Arayüzü Teknolojisi Alanında Araştırıcılar Kırıcı 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, single-neuron çözünürlüğünde beyin sinyallerini iletebilen ilk sistemdi.

Araştırma sonuçları IEEE Transactions on Biomedical Engineering dergisinde geçen ay yayımlandı.

Sistem ayrıca tam bant genişliği ve fiziksel olarak bir kodlama sistemine bağlanmaya gerek duyulmuyor. Geleneksel kabloların yerine, sistem 2 inç boyundaki ve sadece 1,5 ons ağırlığındaki bir verici kullanıyor. Bu birim, kullanıcıların başının üzerine yerleştiriliyor ve beyinlerinin motor korteksine yerleştirilen bir elektrot dizisi ile aynı bağlantı noktasını kullanarak bağlanıyor.

Çalışma, iki klinik deneme katılımcısı ile gerçekleştirildi ve bu katılımcılar BrainGate sistemini kablosuz bir verici ile kullandılar. Kablosuz verici sayesinde, katılımcılar bir standart tablet bilgisayarda işaret edebildiler, tıklayabildiler ve yazabildiler.

Çalışma, kablosuz sistemin, kablolu sistemlerle aynı doğrulukta sinyaller iletebileceğini gösterdi.

John Simeral, Brown Üniversitesi’nde mühendislik bölümünde yardımcı profesör ve BrainGate araştırma konsorsiyumunun bir üyesi.

“Bu kablosuz sistemin, yıllardır BCI performansı için altın standardı olan kablolu sistemlerle işlevsel olarak eşdeğer olduğunu gösterdik” dedi Simeral. “Sinyaller, aynı doğrulukta kaydediliyor ve iletiliyor, bu da aynı kodlama algoritmalarını kablolu ekipmanla kullanabileceğimiz anlamına geliyor. Tek fark, insanların artık ekipmanımıza fiziksel olarak bağlanmalarına gerek olmaması, bu da sistemin nasıl kullanılacağı konusunda yeni olanaklar sunuyor.”

Araştırmacılara göre, bu yeni atılım, tam olarak implant edilebilen intrakortikal bir sisteme bir adım daha yaklaştırdı. Bu sistem, yaralanan bireylerin hareket yeteneğini yeniden kazanmalarına olanak tanıyacak.

Çalışmanın Sonuçları

Deneye, 35 yaşındaki bir erkek ve 63 yaşındaki bir erkek katıldı ve her ikisi de omurilik yaralanması geçirerek felç olmuşlardı. Kablo olmaması nedeniyle, sistem evde kullanılabiliyordu ve 24 saate kadar kullanılabilmesi, araştırmacıların uzun süreli veri toplamasına olanak tanıdı.

Leigh Hochberg, Brown Üniversitesi’nde mühendislik profesörü ve Brown’un Carney Enstitüsü için Beyin Bilimi’nde araştırmacı.

“Nöral sinyallerin zaman içinde nasıl değiştiğini anlamak istiyoruz” dedi Hochberg. “Bu sistemle, beyin aktivitesini, evde, uzun süreler boyunca, daha önce neredeyse imkansız olan bir şekilde inceleyebiliyoruz. Bu, iletişimi ve hareketliliği people with paralysis için sorunsuz, sezgisel ve güvenilir bir şekilde restore eden kodlama algoritmaları tasarlamamıza yardımcı olacak.”

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 de bulunmaktadır.

Ekibin 2012 yılında yayımladığı bir araştırma, klinik deneme katılımcılarının bir BCI kullanarak çok boyutlu robotik protezleri kontrol edebileceğini gösterdi. O zamandan beri, grup sistemi sürekli olarak geliştirdi ve yeni atılımlar gerçekleştirdi.

Sharlene Flesher, çalışmanın ortak yazarı ve以前 Stanford’da doktora sonrası araştırma görevlisi. Flesher şu anda Apple’da donanım mühendisi olarak çalışıyor.

“Intrakortikal BCI’lerin, bir kablo kablosuna gerek kalmadan küçük bir kablosuz verici kullanarak gelişmesi, yüksek performanslı nöral arayüzlerin işlevsel kullanımı için önemli bir adımdır” dedi Flesher. “Alan, iletilen bant genişliğini azaltırken asistan cihaz kontrolünün doğruluğunu korurken ilerlerken, bu çalışma, uzun süreler boyunca, pratik BCI kullanımı sırasında da dahil olmak üzere, kortikal sinyallerin tam genişliğini yakalayan birkaç çalışmadan biri olabilir.”

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

Hochberg, ayrıca Massachusetts General Hospital’da yoğun bakım nörolojisti ve V.A. Rehabilitation Research and Development Center for Neurorestoration and Neurotechnology’nin direktörü.

“Mart 2020’de, araştırma katılımcılarının evlerine ziyaret edemeyeceğimiz açıklandı” dedi Hochberg. “Ancak bakım verenleri kablosuz bağlantıyı kurmayı öğretmek suretiyle, bir araştırma katılımcısı, ekibimizin fiziksel olarak orada olmadan BCI’yi kullanabildi. Böylece, sadece araştırma çalışmalarımıza devam edebildik, aynı zamanda bu teknoloji, önceki gibi tam bant genişliği ve doğrulukta devam etmemize olanak tanıdı.”

Simeral, “Çok sayıda şirket, BCI alanına harika bir şekilde girdiler ve bazıları zaten düşük bant genişliği kablosuz sistemlerin insan kullanımını gösterdi, bunlar arasında tam olarak implante edilebilenler de var. Bu raporda, gelecekteki sistemlerin bilimsel ve klinik yeteneklerini geliştiren bir yüksek bant genişliği kablosuz sistemi kullandığımız için heyecanlıyız.”