Aivojen ja tietokoneiden välinen koukku antoi äskettäin mahdollisuuden saada vakavia raajojen heikkoutta sairastavia henkilöitä kirjoittamaan suoran aivojen valvonnan avulla suurimmilla nopeuksilla ja tarkkuustasoilla, joista on raportoitu tähän mennessä.
Kahdella osallistujalla on amyotrofinen lateraaliskleroosi, jota kutsutaan myös Lou Gehrigin taudiksi, ja toisella on selkäydinvamma.
Jokaisella oli yksi tai kaksi vauva-aspiriinikokoista elektrodiryhmää, jotka sijoitettiin niiden aivoihin merkkien tallentamiseksi moottorikuoresta, alueesta, joka kontrolloi lihasliikettä. Signaalit lähetettiin tietokoneelle kaapelin välityksellä ja algoritmeilla käännetyt piste- ja napsautuskomennot, jotka ohjaavat kohdistimen näytön näppäimistön merkkeihin.
Kukin osallistuja opetti mahdollisimman vähän koulutuksen jälkeen tekniikkaa riittävällä tavalla kuin edellisen aivotietokoneen rajapintojen tai BCI: n testien tulokset, jotta parannetaan samanlaisen liikuntarajoitteisten ihmisten viestintää. Erityisesti he saavuttivat kirjoittamisnopeudet ilman automaattista sana-täydennystukea, joka oli yleistä sähköisissä näppäimistöohjelmissa nykyään, mikä todennäköisesti olisi lisännyt niiden suorituskykyä.
Yksi osallistuja, Dennis Degray, Menlo Park, Kalifornia, pystyi kirjoittamaan 39in oikeat merkit minuutissa, mikä vastaa noin kahdeksan sanaa minuutissa.
Tätä point-and-click-lähestymistapaa voitaisiin soveltaa moniin tietokonelaitteisiin, mukaan lukien älypuhelimet ja tabletit, ilman merkittäviä muutoksia, tutkijoiden mukaan. Heidän havainnot ilmestyvät lehdessä eLife.
”Tämä on kuin yksi hienoimmista videopeleistä, joita olen koskaan pelannut. Minun ei edes tarvitse laittaa neljännesvuotta. ”
”Tutkimuksemme menestys on merkittävä virstanpylväs paralyyttisten ihmisten elämänlaadun parantamisessa”, sanoo Stanfordin yliopiston neurokirurgian professori Jaimie Henderson, joka teki kaksi Stanfordin sairaalan laitevalmistajasta. Kolmas tapahtui Massachusettsin yleissairaalassa.
”Tässä tutkimuksessa kerrotaan suurimmasta nopeudesta ja tarkkuudesta kolmella kertoimella, mitä edellä on esitetty”, sanoo sähkötekniikan professori Krishna Shenoy. ”Lähestymme nopeutta, jolla voit kirjoittaa tekstiä kännykkään.”
"Esitys on todella jännittävää", sanoo entinen tutkijatohtori Chethan Pandarinath, jolla on nyt yhteinen nimitys Emoryn yliopistossa ja Georgia Institute of Technologysta biolääketieteellisen tekniikan apulaisprofessorina. ”Saavutamme viestintänopeudet, joita monet ihmiset, joilla on käsi- ja käden paralyysi, ovat hyödyllisiä. Se on kriittinen askel sellaisten laitteiden valmistamiseksi, jotka voivat olla sopivia reaalimaailman käyttöön. "
Shenoyn laboratorio oli edelläkävijä algoritmeissa, joita käytetään dekoodaamaan hermosolujen aiheuttamat sähköisten signaalien monimutkaiset volleytit, aivojen komentokeskus liikettä varten, ja muuntaa ne reaaliaikaisesti selkäytimen ja lihasten tavallisesti toteuttamiksi toimiksi.
”Nämä tehokkaat BCI-algoritmien käyttö ihmisen kliinisissä tutkimuksissa osoittaa, että tämän luokan teknologia pystyy palauttamaan viestinnän ihmisille, joilla on halvaus”, sanoo tutkija Paul Nuyujukian.
"Otin roskakorin sateessa"
Miljoonat ihmiset, joilla on halvaus, elävät Yhdysvalloissa. Joskus niiden halvaus tulee vähitellen, kuten ALS: ssä ilmenee. Joskus se saapuu yhtäkkiä, kuten Degray-tapauksessa.
Nyt 64, Degray tuli quadriplegiciksi lokakuussa 10, 2007, kun hän putosi ja jatkoi elämää muuttavaa selkärangan vahinkoa. ”Otin roskakorin sateessa”, hän sanoi. Pidä roskat toisessa kädessä ja kierrätys toisessa, hän liukui nurmikolla ja laskeutui leukaansa. Vaikutus säästeli aivojaan, mutta loukkaantui voimakkaasti selkärangansa, katkaisemalla kaikki aivojensa ja lihaksensa väliset yhteydet päähän alaspäin. ”Minulla ei ole mitään meneillään kaulakorujen alapuolella”, hän sanoo.
Degray sai kaksi laitetta implantteja Hendersonin käsissä elokuussa 2016. Useissa seuraavissa tutkimustilaisuuksissa häntä ja kahta muuta tutkijaa, joille tehtiin samanlaisia leikkauksia, kannustettiin yrittämään tai visualisoimaan halutun käsivarren, käden ja sormien liikkeitä. Moottorin kuoren tuloksena syntyneet hermosignaalit uutettiin elektronisesti upotetuilla tallennuslaitteilla, siirrettiin tietokoneelle ja käännetään Shenoyn algoritmeilla käskyiksi, jotka ohjaavat kohdistimen näytön näppäimistöllä osallistujan määrittelemiin merkkeihin.
Nopea ruskea kettu…
Tutkijat arvioivat nopeudet, joilla potilaat pystyivät kopioimaan ilmauksia ja lauseita oikein, esimerkiksi "Nopea ruskea kettu hyppäsi laiskan koiran yli." Keskimääräiset hinnat olivat 7.8-sanoja minuutissa Degray- ja 6.3- ja 2.7-sanoja minuutissa. kahden muun osanottajan osalta.
Tutkimuksessa käytetty tutkimusjärjestelmä, intracortical-aivotietokoneen liitäntä, nimeltään BrainGate Neural Interface System, edustaa BCI: n uusinta sukupolvea. Aiemmat sukupolvet poimivat ensin signaaleja päänahkaan sijoitettujen sähköjohtimien kautta ja sitten sijoitettiin kirurgisesti aivojen pintaan kallon alapuolelle.
Intracortical BCI käyttää pientä piikiekkoa, joka on hieman yli kuudesosa tuuman neliöstä, josta ulottuu 100-elektrodit, jotka tunkeutuvat aivoihin noin neljänneksen paksuuteen ja ottavat osaksi yksittäisten hermosolujen sähköistä aktiivisuutta motorisessa kuoressa.
Henderson verrattiin sen seurauksena parantuneeseen hermostotunnistukseen verrattuna vanhempien sukupolven BCI: iden tilanteeseen verrattuna siihen, että suosionosoittajat luovutettiin yksittäisille studioyleisön jäsenille sen sijaan, että ne vain asettaisivat ne kattoon, ”joten voit kertoa, kuinka vaikeaa ja kuinka nopeasti jokainen yleisö on taputtamassa. ”
24 / 7 langaton järjestelmä
Päivä tulee - lähempänä viittä kuin 10-vuotta, Shenoy ennustaa - kun itsekalibroitavaa, täysin istutettua langatonta järjestelmää voidaan käyttää ilman hoitajan apua, sillä ei ole kosmeettisia vaikutuksia. ja sitä voidaan käyttää ympäri vuorokauden.
”En näe ylitsepääsemättömiä haasteita”, hän sanoo. "Me tiedämme, mitä meidän on toteutettava päästäksesi sinne."
Degray, joka jatkaa aktiivista osallistumista tutkimukseen, tiesi, kuinka kirjoittaa ennen onnettomuutta, mutta ei ollut asiantuntija. Hän kuvaili äskettäin paljastettua kyvykkyyttään videopelien harrastajan kielellä.
"Tämä on kuin yksi hienoimmista videopeleistä, joita olen koskaan saanut pelaamaan", hän sanoo. "Enkä edes tarvitse laittaa neljäsosaa."
Stanfordin tutkimusavustaja Christine Blabe on myös tutkimusyhteistyökumppani, kuten myös BrainGate-tutkijat Massachusetts General Hospitalista ja Case Western Universitystä.
Rahoitus tuli kansallisilta terveysinstituuteilta, Stanfordin postdoctoral Affairs -toimistolta, Craig H.Neilsen -säätiöltä, Stanfordin lääketieteellisen tutkijan koulutusohjelmalta, Stanford BioX-NeuroVenturesilta, Stanfordin neuroinnovaatio- ja translaatiotieteen instituutilta, Stanfordin neurotieteen instituutilta. , Larry ja Pamela Garlick, Samuel ja Betsy Reeves, Howard Hughes Medical Institute, Yhdysvaltain veteraaniasiain ministeriö, MGH-Deanin eteisvärinän ja aivohalvauksen integroidun tutkimuksen instituutti ja Massachusetts General Hospital.
Stanfordin teknisen lisenssin toimistolla on henkistä omaisuutta Shenoyn laboratoriossa tehtyjen BCI-tekniikan mukaisten tekniikan kehitystyöhön.
{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}
Lähde: Bruce Goldman Stanfordin yliopisto
Liittyvät kirjat
at InnerSelf Market ja Amazon
