Дослідники зробили прорив у технології інтерфейсу мозку-комп’ютера

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

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

Система також передає сигнали в повному широкосмуговому діапазоні і не потребує фізичного підключення користувача до системи декодування. Замість традиційних кабелів система використовує передавач розміром 2 дюйми, який важить трохи більше 1,5 унцій. Ця одиниця встановлюється на голову користувача, і вона 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. Через бездротовий передавач вони могли вказувати, клацати і друкувати на стандартному планшетному комп’ютері. 

Дослідження продемонструвало, що бездротова система здатна передавати сигнали з тією ж чіткістю, 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 є функціонально еквівалентною до дротових систем, які були золотим стандартом продуктивності BCI протягом років”, – сказав Сімерал. “Сигнали реєструються і передаються з подібною чіткістю, що означає, що ми можемо використовувати ті ж алгоритми декодування, які ми використовували з дротовим обладнанням. Єдина різниця полягає в тому, що людям більше не потрібно бути фізично підключеними до нашого обладнання, що відкриває нові можливості щодо того, як система може бути використана.”

За словами дослідників, новий прорив наближає нас до повністю імплантованої внутрішньокортикальної системи, яка може надати людям з травмами можливість знову рухатися. 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 тривалого періоду. 

Лейг Хохберг є професором інженерії в Університеті Брауна і дослідником Інституту нейробіології Карні. Хохберг очолював клінічне випробування BrainGate. 

“Ми хочемо зрозуміти, як нейронні сигнали змінюються з часом”, – сказав Хохберг. “З цією системою ми можемо дивитися на активність мозку, вдома, протягом тривалого періоду часу таким чином, який був майже неможливий раніше. Це допоможе нам розробити алгоритми декодування, які забезпечать безшовне, інтуїтивне та надійне відновлення комунікації та рухливості для людей з паралічем.”

Консорціум BrainGate

Консорціум BrainGate є міжгалузевою групою дослідників з Університету Брауна, Стенфорда і Університету Кейс Вестерн Резерв. До нього також входять особи з Медичного центру ветеранів у Провіденсі та Генеральної лікарні Массачусетсу. 

Команда опублікувала дослідження у 2012 році, яке продемонструвало, як учасники клінічних випробувань могли керувати багатофункціональними роботизованими протезами за допомогою інтерфейсу BCI вперше. З тих пір група постійно удосконалювала систему і досягала нових проривів. 

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

“Еволюція внутрішньокортикальних інтерфейсів BCI з дротових до бездротових передавачів є значним кроком до функціонального використання повністю імплантованих високопродуктивних нейронних інтерфейсів”, – сказала Флешер. “Якщо галузь рухається до зменшення пропускної здатності передачі, зберігаючи при цьому точність контролю допоміжних пристроїв, це дослідження може бути одним з небагатьох, яке реєструє весь спектр сигналів кори головного мозку протягом тривалого періоду часу, включаючи період практичного використання інтерфейсу BCI.” 

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 та директором Центру реабілітаційних досліджень і розвитку технологій ВА. 

“У березні 2020 року стало ясно, що ми не зможемо відвідувати будинки учасників наших досліджень”, – сказав Хохберг. “Але, тренуючи опікунів, як встановити бездротове з’єднання, учасник дослідження міг використовувати інтерфейс BCI без фізичної присутності членів нашої команди. Отже, ми не тільки продовжили наші дослідження, але й зберегли повну смугу пропускання та чіткість, яку мали раніше.”

За словами Сімерала, “Багато компаній чудово увійшли в галузь інтерфейсів BCI, і деякі вже продемонстрували використання людини низькосмугових бездротових систем, включаючи деякі, які є повністю імплантованими. У цьому звіті ми раді, що використали високосмугову бездротову систему, яка підвищує наукові та клінічні можливості для майбутніх систем.”