O legătură între creier și computer a permis recent persoanelor cu slăbiciune severă a membrelor să scrie prin controlul direct al creierului la cele mai mari viteze și niveluri de precizie raportate până în prezent.

Doi dintre participanți au scleroză laterală amiotrofică, numită și boala Lou Gehrig, iar unul are leziuni ale măduvei spinării.

Fiecare avea câte una sau două matrici de electrodi de dimensiunea bebelușului plasate în creier pentru a înregistra semnale de la cortexul motor, o regiune care controlează mișcarea musculară. Semnalele au fost transmise către un computer printr-un cablu și traduse prin algoritmi în comenzi point-and-click care ghidează un cursor către caractere de pe o tastatură de pe ecran.

Fiecare participant, după un antrenament minim, a stăpânit tehnica suficient pentru a depăși rezultatele oricărui test anterior al interfețelor creier-computer sau BCI, pentru îmbunătățirea comunicării de către persoanele cu mișcări similare. În special, au atins ratele de tastare fără utilizarea asistenței automate de completare a cuvintelor, obișnuită în aplicațiile de tastatură electronică din zilele noastre, care probabil le-ar fi sporit performanța.

Un participant, Dennis Degray din Menlo Park, California, a reușit să introducă 39 de caractere corecte pe minut, echivalentul a aproximativ opt cuvinte pe minut.

Această abordare point-and-click ar putea fi aplicată la o varietate de dispozitive de calcul, inclusiv smartphone-uri și tablete, fără modificări substanțiale, spun cercetătorii. Descoperirile lor apar în jurnal eLife.

„Este ca unul dintre cele mai tari jocuri video cu care am ajuns să mă joc vreodată. Și nici nu trebuie să pun un sfert în el. ”

„Succesul studiului nostru marchează o etapă majoră pe drumul către îmbunătățirea calității vieții pentru persoanele cu paralizie”, spune Jaimie Henderson, profesor de neurochirurgie la Universitatea Stanford, care a efectuat două dintre cele trei proceduri de implantare a dispozitivelor la Spitalul Stanford. Al treilea a avut loc la Spitalul General din Massachusetts.

„Acest studiu raportează cea mai mare viteză și precizie, cu un factor de trei, față de ceea ce s-a arătat înainte”, spune co-autorul Krishna Shenoy, profesor de inginerie electrică. „Ne apropiem de viteza cu care puteți introduce text pe telefonul dvs. mobil.”

„Performanța este cu adevărat interesantă”, spune fostul cărturar postdoctoral Chethan Pandarinath, care are acum o întâlnire comună la Universitatea Emory și la Institutul de Tehnologie din Georgia ca profesor asistent de inginerie biomedicală. „Realizăm rate de comunicare pe care mulți oameni cu paralizie a brațelor și mâinilor le-ar găsi utile. Acesta este un pas critic pentru realizarea dispozitivelor care ar putea fi potrivite pentru utilizare în lumea reală. ”

Laboratorul lui Shenoy a fost pionierul algoritmilor folosiți pentru decodarea volei complexe de semnale electrice trase de celulele nervoase din cortexul motor, centrul de comandă al creierului pentru mișcare și transformarea lor în timp real în acțiuni executate în mod obișnuit de măduva spinării și mușchi.

„Utilizarea acestor algoritmi BCI de înaltă performanță în studiile clinice la om demonstrează potențialul pentru această clasă de tehnologie de a restabili comunicarea persoanelor cu paralizie”, spune cercetătorul postdoctoral Paul Nuyujukian.

„Am scos gunoiul în ploaie”

Milioane de oameni cu paralizie trăiesc în Statele Unite. Uneori paralizia lor vine treptat, așa cum se întâmplă în SLA. Uneori ajunge brusc, ca în cazul lui Degray.

Acum 64 de ani, Degray a devenit tetraplegic pe 10 octombrie 2007, când a căzut și a suferit o leziune a măduvei spinării care i-a schimbat viața. „Scoatem gunoiul în ploaie”, a spus el. Ținând gunoiul într-o mână și reciclarea în cealaltă, a alunecat pe iarbă și a aterizat pe bărbie. Impactul i-a cruțat creierul, dar i-a rănit grav coloana vertebrală, întrerupând orice comunicare dintre creier și musculatură de la cap în jos. „Nu am nimic ce se întâmplă sub clavicule”, spune el.

Degray a primit două implanturi în mâinile lui Henderson în august 2016. În câteva sesiuni de cercetare care au urmat, el și ceilalți doi participanți la studiu, care au fost supuși unor operații similare, au fost încurajați să încerce sau să vizualizeze tiparele mișcărilor dorite ale brațului, mâinii și degetelor. Semnalele neuronale rezultate din cortexul motor au fost extrase electronic de către dispozitivele de înregistrare încorporate, transmise către un computer și traduse prin algoritmii lui Shenoy în comenzi care direcționează un cursor pe o tastatură de pe ecran către caractere specificate de participant.

Vulpea brună și rapidă ...

Cercetătorii au măsurat viteza la care pacienții au reușit să copieze corect fraze și propoziții - de exemplu, „vulpea brună și rapidă a sărit peste câinele leneș”. Ratele medii au fost de 7.8 cuvinte pe minut pentru Degray și, respectiv, de 6.3 și 2.7 cuvinte pe minut pentru ceilalți doi participanți.

Sistemul de investigație utilizat în studiu, o interfață intracorticală creier-computer numită BrainGate Neural Interface System, reprezintă cea mai nouă generație de BCI. Generațiile anterioare au preluat semnale mai întâi prin cabluri electrice plasate pe scalp, apoi prin poziționarea chirurgicală la suprafața creierului sub craniu.

Un BCI intracortical folosește un mic cip de siliciu, puțin peste o șesime dintr-un pătrat de inch, din care ies 100 de electrozi care pătrund în creier până la grosimea de aproximativ un sfert și ating activitatea electrică a celulelor nervoase individuale din cortexul motor.

Henderson a comparat rezoluția îmbunătățită rezultată a detectării neuronale, în comparație cu cea a BCI-urilor de generație mai veche, cu aceea de a distribui contoare de aplauze membrilor individuali ai unui public de studio, mai degrabă decât să le așeze pe tavan, „astfel încât să puteți spune cât de greu și cât de repede bate din palme fiecare persoană din public. ”

Sistem wireless 24/7

Va veni ziua - mai aproape de cinci sau 10 ani de acum înainte, Shenoy prezice - când un sistem fără fir auto-calibrat, complet implantat, poate fi utilizat fără asistență medicală, nu are impact cosmetic. și poate fi folosit non-stop.

„Nu văd nicio provocare de netrecut”, spune el. „Știm pașii pe care trebuie să-i facem pentru a ajunge acolo.”

Degray, care continuă să participe activ la cercetare, a știut să scrie înainte de accident, dar nu a fost niciun expert. El și-a descris priceperea recent dezvăluită în limbajul unui pasionat de jocuri video.

„Este ca unul dintre cele mai tari jocuri video cu care am ajuns să mă joc vreodată”, spune el. „Și nici nu trebuie să pun un sfert în el.”

Asistentul de cercetare Stanford Christine Blabe este, de asemenea, un coautor al studiului, la fel ca și cercetătorii BrainGate de la Massachusetts General Hospital și Case Western University.

Finanțarea a venit de la National Institutes of Health, Stanford Office of Postdoctoral Affairs, Craig H. Neilsen Foundation, Stanford Medical Scientist Training Program, Stanford BioX-NeuroVentures, Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, Stanford Neuroscience Institute , Larry și Pamela Garlick, Samuel și Betsy Reeves, Institutul Medical Howard Hughes, Departamentul SUA pentru Afaceri ale Veteranilor, MGH-Dean Institute for Integrated Research on Atrial Fibrillation and AVC, și Massachusetts General Hospital.

Biroul de licențiere al tehnologiei Stanford deține proprietate intelectuală asupra progreselor inginerești intercorticale legate de BCI realizate în laboratorul Shenoy.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Sursa: Bruce Goldman pentru Universitatea Stanford

Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon