Дослідники зробили прорив у технології інтерфейсу мозку та комп’ютера

BrainGate дослідники зробили значний прорив у галузі інтерфейсів мозку та комп’ютера (BCI) після того, як учасники клінічних випробувань з тетраплегією продемонстрували використання внутрішньокортикального бездротового інтерфейсу мозку та комп’ютера з зовнішнім бездротовим передавачем. Це було вперше, коли така система була використана, і вона здатна передавати сигнали мозку з роздільністю окремих нейронів.

Дослідження було опубліковано в IEEE Transactions on Biomedical Engineering місяць тому.

Система також передає сигнали в повному діапазоні частот і не потребує фізичного підключення користувача до декодуючої системи. Замість традиційних кабелів система використовує передавач розміром 2 дюйми, який важить трохи більше 1,5 унцій. Ця одиниця встановлюється на голові користувача і підключається до електродної матриці, яка знаходиться в моторній корі мозку, і робить це через той же порт, який використовують дротові системи.

Дослідження включало двох учасників клінічних випробувань, які мають параліч, і вони використовували систему BrainGate з бездротовим передавачем. За допомогою бездротового передавача вони могли вказувати, клацати і друкувати на стандартному планшетному комп’ютері.

Дослідження продемонструвало, що бездротова система здатна передавати сигнали з тією ж точністю, що і дротові системи.

Джон Сімерал є асистентом професора інженерії в Університеті Брауна. Він є головним автором дослідження і членом консорціуму дослідників BrainGate.

“Ми продемонстрували, що ця бездротова система функціонально еквівалентна дротовим системам, які були стандартом для інтерфейсів мозку та комп’ютера протягом років”, – сказав Сімерал. “Сигнали записуються і передаются з тією ж точністю, що і дротове обладнання. Єдина різниця в тому, що люди більше не потребують бути фізично підключені до нашого обладнання, що відкриває нові можливості щодо використання системи.”

За словами дослідників, новий прорив наближає нас до повністю імплантованої внутрішньокортикальної системи, яка може надати людям з травмами можливість рухатися знову. Нова розробка є першим пристроєм, який передає весь спектр сигналів, записаних внутрішньокортикальним сенсором.

Результати дослідження

Випробування включало 35-річного чоловіка і 63-річного чоловіка, які обидва страждають від травм спинного мозку. Вони могли використовувати систему вдома замість лабораторії через відсутність кабелів, і вони також могли використовувати її до 24 годин. Цей тривалий період часу дозволив дослідникам зібрати дані про тривале використання.

Лейг Хохберг є професором інженерії в Університеті Брауна і дослідником в Інституті мозкових наук Карні. Хохберг очолював клінічні випробування BrainGate.

“Ми хочемо зрозуміти, як нейронні сигнали змінюються з часом”, – сказав Хохберг. “За допомогою цієї системи ми можемо спостерігати за активністю мозку вдома, протягом тривалого часу, що було майже неможливо раніше. Це допоможе нам розробити алгоритми декодування, які забезпечать безперебійне, інтуїтивне і надійне відновлення спілкування і рухливості для людей з паралічем.”

Консорціум BrainGate

Консорціум BrainGate є міжгалузевою групою дослідників з Університету Брауна, Стенфорда і Кейс-Вестерн-Резерв. Він також включає осіб з Медичного центру ветеранів у Провіденсі і Генеральної лікарні Массачусетсу.

Команда опублікувала дослідження у 2012 році, яке продемонструвало, як учасники клінічних випробувань могли керувати багатофункціональними роботизованими протезами за допомогою інтерфейсу мозку та комп’ютера вперше.

Шарлін Флешер є співавтором і колишнім постдокторантом у Стенфорді. Флешер зараз працює інженером з апаратного забезпечення в Apple.

“Еволюція внутрішньокортикальних інтерфейсів мозку та комп’ютера від використання дротового кабелю до використання мініатюрного бездротового передавача є значним кроком до функціонального використання повністю імплантованих високопродуктивних нейронних інтерфейсів”, – сказала Флешер. “Якщо галузь рухається до зменшення передаваної смуги, зберігаючи точність контролю допоміжних пристроїв, це дослідження може бути одним з небагатьох, яке відображає весь спектр кортикальних сигналів протягом тривалого часу, включаючи практичне використання інтерфейсу мозку та комп’ютера.”

Команда BrainGate змогла продовжувати роботу під час пандемії COVID-19, оскільки пристрій бездротовий і може бути використаний вдома без техніка.

Хохберг також є критичним нейрологом у Генеральній лікарні Массачусетсу і директором Центру реабілітації та розвитку нейротехнологій ВА.

“У березні 2020 року стало ясно, що ми не зможемо відвідувати будинки наших учасників дослідження”, – сказав Хохберг. “Але, навчивши опікунів встановлювати бездротове з’єднання, учасник дослідження міг використовувати інтерфейс мозку та комп’ютера без членів нашої команди. Отже, ми не тільки продовжили наше дослідження, але й зберегли повну смугу і точність, яку мали раніше.”

За словами Сімерала, “Багато компаній чудово увійшли в галузь інтерфейсів мозку та комп’ютера, і деякі вже продемонстрували використання людей низькосмугових бездротових систем, включаючи деякі, які повністю імплантовані. У цьому звіті ми раді, що використали високосмугову бездротову систему, яка розширює наукові та клінічні можливості для майбутніх систем.”