Інтерфейс мозку та машини може допомогти людям з паралічем

Міжнародна команда дослідників розробила носимий інтерфейс мозку та машини (BMI), який може покращити якість життя людей з моторними порушеннями або паралічем. Він навіть може допомогти людям з синдромом «замкнутого» стану, коли людина не може рухатися чи спілкуватися,尽管 вона свідома.

Команду очолив лабораторія Вун-Хонга Йо в Інституті технологій Джорджії, до якої увійшли дослідники з Університету Кента у Великій Британії та Університету Йонсе в Республіці Корея. Команда поєднала бездротові м’які електронні схеми на скальпі та віртуальну реальність в одній системі BMI. Система дозволяє користувачам контролювати інвалідний візок чи роботизовану руку, просто уявляючи дії.

Новий BMI був описаний в журналі Advanced Science місяць тому.

Більш зручний пристрій

Йо є асоційованим професором школи механічної інженерії Джорджа В. Вудраффа.

“Основна перевага цієї системи для користувача, порівняно з тим, що існує зараз, полягає в тому, що вона м’яка та зручна для носіння, і не має дротів”, – сказав Йо.

Системи BMI можуть аналізувати сигнали мозку та передавати нейронну активність у команди, що дозволяє людям уявляти дії для виконання BMI. Електроенцефалографія, або ЕЕГ, є найбільш поширеним неінвазивним методом отримання сигналів, але часто вимагає шапки з багатьма дротами.

Для використання цих пристроїв потрібно використовувати гелі та пасти для підтримання контакту зі шкірою, і вся ця установка займає багато часу та є незручною для користувача. Крім того, пристрої часто мають погану якість отримання сигналів через руйнування матеріалів та артефакти руху, які викликані такими речами, як скреготіння зубів. Цей тип шуму з’являється в даних мозку, і дослідники повинні його фільтрувати.

Машинне навчання та віртуальна реальність

Портативна система ЕЕГ, розроблена командою, покращує отримання сигналів завдяки інтеграції перехоплюваних мікроіголок з м’якими бездротовими схемами. Для визначення дій, які хоче виконати користувач, команда використала алгоритм машинного навчання та компонент віртуальної реальності.

Тести, проведені командою, включали чотирьох людей, і наступним кроком буде тестування на людей з інвалідністю.

Йо також є директором Центру людських інтерфейсів та інженерії в Інституті електроніки та нанотехнологій, а також членом Інституту біоінженерії та біонауки Петіта.

“Це тільки перша демонстрація, але ми дуже задоволені тим, що бачимо”, – сказав Йо.

У 2019 році та ж команда представила м’який, носимий інтерфейс мозку та машини, і робота включала Мусу Махмуда, який був основним автором тієї та нової досліджень.

“Цей новий інтерфейс мозку та машини використовує зовсім інший підхід, що включає уявлені моторні дії, такі як захоплення однією рукою, що звільняє суб’єкта від необхідності дивитися на багато стимулів”, – сказав Махмуд.

Дослідження 2021 року включали користувачів, які демонстрували точний контроль віртуальних реальностей своїми думками, або моторною уявою.

“Віртуальні підказки виявилися дуже корисними”, – сказав Йо. “Вони прискорюють та покращують участь користувача та точність. І ми змогли записати безперервну, високоякісну моторну уявну активність.”

Махмуд каже, що команда тепер зосередиться на оптимізації розміщення електродів та більш просунутій інтеграції стимул-орієнтованої ЕЕГ.