Дослідники зробили прорив у технології інтерфейсу мозок-комп’ютер

BrainGate Нещодавно дослідники зробили великий прорив у галузі інтерфейсів мозок-комп’ютер (ІМК) після того, як учасники клінічних випробувань з тетраплегією продемонстрували використання інтракортикального бездротового ІМК із зовнішнім бездротовим передавачем. Це був перший раз, коли така система була використана, і вона здатна передавати сигнали мозку з роздільною здатністю одного нейрона. 

Дослідження було опубліковано в Транзакції IEEE з біомедичної інженерії минулого місяця. 

Система також передає з повною точністю широкосмугового зв’язку, і їй не потрібно фізично прив’язувати користувача до системи декодування. Замість традиційних кабелів система покладається на 2-дюймовий передавач, який важить трохи більше 1.5 унції. Цей пристрій розміщується на голові користувача та підключається до масиву електродів у моторній корі головного мозку, і робить це через той самий порт, що використовують дротові системи. 

У дослідженні брали участь два учасники клінічних випробувань, у яких був параліч, і вони використовували систему BrainGate з бездротовим передавачем. Через бездротовий передавач вони могли вказувати, клацати та друкувати на стандартному планшетному комп’ютері. 

Дослідження показало, що бездротова система здатна передавати сигнали з тією ж точністю, що й дротові системи.

Джон Сімерал — доцент кафедри інженерії в Університеті Брауна. Він є провідним автором дослідження та членом дослідницького консорціуму BrainGate. 

«Ми продемонстрували, що ця бездротова система функціонально еквівалентна дротовим системам, які протягом багатьох років були золотим стандартом продуктивності BCI», — сказав Сімерал. «Сигнали записуються та передаються з відповідним чином однаковою точністю, що означає, що ми можемо використовувати ті самі алгоритми декодування, які використовували для дротового обладнання. Єдина відмінність полягає в тому, що людям більше не потрібно бути фізично прив’язаними до нашого обладнання, що відкриває нові можливості щодо використання системи».

За словами дослідників, новий прорив наближає нас до повністю імплантованої інтракортикальної системи, яка може надати пораненим особам повторну здатність рухатися. Нова розробка є першим пристроєм, що передає повний спектр сигналів, зареєстрованих інтракортикальним датчиком. 

Результати дослідження

У судовому засіданні брали участь 35-річний та 63-річний чоловіки, які мають травми хребта. Вони могли використовувати систему вдома замість лабораторії через відсутність кабелів, і вони також могли використовувати її протягом 24 годин. Цей тривалий період часу дозволив дослідникам зібрати довгострокові дані. 

Лі Хохберг — професор інженерії в Брауні та дослідник Інституту науки про мозок Карні. Хохберг очолив клінічне випробування BrainGate. 

«Ми хочемо зрозуміти, як нейронні сигнали розвиваються з часом», — сказав Хохберг. «Завдяки цій системі ми можемо спостерігати за мозковою активністю вдома протягом тривалих періодів у спосіб, який раніше був майже неможливий. Це допоможе нам розробити алгоритми декодування, які забезпечують плавне, інтуїтивно зрозуміле та надійне відновлення зв’язку та мобільності для людей з паралічем».

Консорціум BrainGate 

Консорціум BrainGate — це міждисциплінарна група дослідників з університетів Брауна, Стенфорда та Кейс Вестерн Резерв. У ньому також беруть участь особи з Медичного центру у справах ветеранів Провіденсу та Массачусетської загальної лікарні. 

У 2012 році команда опублікувала дослідження, яке продемонструвало, як учасники клінічних випробувань можуть вперше виконувати багатовимірні роботизовані протези за допомогою BCI. Відтоді група постійно вдосконалювала систему та досягала нових проривів. 

Шарлін Флешер є співавтором і колишнім постдокторантом у Стенфорді. Зараз Флешер працює апаратним інженером в Apple. 

«Еволюція інтракортикальних BCI від необхідності дротового кабелю до мініатюрного бездротового передавача є важливим кроком до функціонального використання повністю імплантованих високопродуктивних нейронних інтерфейсів», — сказав Флешер. «Оскільки галузь спрямована на зменшення смуги пропускання, зберігаючи при цьому точність керування допоміжним пристроєм, це дослідження може бути одним із небагатьох, яке охоплює всю ширину коркових сигналів протягом тривалих періодів часу, у тому числі під час практичного використання BCI». 

Команда BrainGate змогла продовжити роботу в умовах пандемії COVID-19, оскільки пристрій бездротовий і його можна використовувати вдома без допомоги техніка. 

Гохберг також є лікарем-неврологом інтенсивної терапії в Массачусетській лікарні загального профілю та директором Центру досліджень і розвитку реабілітації Вірджинії для нейровідновлення та нейротехнологій. 

«У березні 2020 року стало зрозуміло, що ми не зможемо відвідати будинки наших учасників дослідження», — сказав Хохберг. «Але, навчивши опікунів установлювати бездротове з’єднання, учасник випробування зміг використовувати BCI без фізичної присутності членів нашої команди. Таким чином, ми не тільки змогли продовжити наші дослідження, ця технологія дозволила нам продовжити роботу з повною пропускною здатністю та точністю, які ми мали раніше».

За словами Сімерала, «кілька компаній чудово вийшли на сферу BCI, і деякі з них уже продемонстрували використання людиною бездротових систем з низькою пропускною здатністю, включаючи деякі, які повністю імплантовані. У цьому звіті ми раді, що використали бездротову систему з високою пропускною здатністю, яка розширює наукові та клінічні можливості майбутніх систем».