Взаимодействие «мозг-компьютер» недавно позволило людям с сильной слабостью конечности вводить данные с помощью прямого контроля мозга на самых высоких скоростях и уровнях точности, о которых сообщалось на сегодняшний день.

Двое из участников имеют боковой амиотрофический склероз, также называемый болезнью Лу Герига, и у одного есть травма спинного мозга.

Каждый из них имел один или два массива электродов размером с детское аспирин, помещенное в их мозг, для регистрации сигналов от моторной коры, региона, контролирующего движение мышц. Сигналы были переданы на компьютер по кабелю и переведены алгоритмами в команды «точка-и-щелчок», направляющие курсор на символы на экранной клавиатуре.

Каждый участник, после минимального обучения, усвоил технику настолько, чтобы превзойти результаты любого предыдущего теста интерфейсов с мозгом-компьютером или BCI, чтобы улучшить общение людей с одинаково нарушенным движением. Примечательно, что они достигли уровня набора текста без использования автоматической помощи по завершению ввода текста, распространенной в настоящее время в электронных приложениях для клавиатур, что, вероятно, повысило бы их производительность.

Один участник, Деннис Деграй из Menlo Park, Калифорния, смог набирать правильные символы 39 в минуту, что эквивалентно примерно восьми словам в минуту.

По словам исследователей, этот подход «укажи и щелкни» можно применить к различным вычислительным устройствам, включая смартфоны и планшеты, без существенных изменений. Их выводы публикуются в журнале eLife.

«Это похоже на одну из самых классных видеоигр, с которыми я когда-либо играл. И мне даже не нужно класть туда четверть.

«Успех нашего исследования является важной вехой на пути к улучшению качества жизни людей с параличом», - говорит профессор нейрохирургии в Стэнфордском университете Джейми Хендерсон, который выполнил две из трех процедур имплантации устройств в Стэнфордской больнице. Третий состоялся в больнице Массачусетса.

«В этом исследовании сообщается о максимальной скорости и точности, в три раза выше того, что было показано ранее», - говорит старший преподаватель Кришна Шеной, профессор электротехники. «Мы приближаемся к скорости, с которой вы можете набирать текст на своем мобильном телефоне».

«Спектакль действительно захватывающий», - говорит бывший ученый-докторант Четан Панданариф, который теперь имеет совместное назначение в Университете Эмори и Технологическом институте Джорджии в качестве доцента биомедицинской инженерии. «Мы достигаем скорости общения, и многие люди с параличом руки и руки будут полезны. Это важный шаг для создания устройств, которые могут быть пригодны для использования в реальном мире ».

Лаборатория Шеной впервые разработала алгоритмы, используемые для декодирования сложных залпов электрических сигналов, возбуждаемых нервными клетками в моторной коре, головном мозговом центре для движения и превращении их в реальном времени в действия, обычно выполняемые спинным мозгом и мышцами.

«Эти высокоэффективные алгоритмы BCI в клинических испытаниях человека демонстрируют потенциал этого класса технологий для восстановления связи с людьми с параличом», - говорит докторант Павел Нуюцюкиан.

«Я вынимал мусор под дождем»

Миллионы людей с параличом живут в Соединенных Штатах. Иногда их паралич наступает постепенно, как это происходит при БАС. Иногда это происходит внезапно, как в случае с Дегреем.

Теперь 64, Degray стал quadriplegic в октябре 10, 2007, когда он упал и получил жизненно важную травму спинного мозга. «Я вынимал мусор под дождем, - сказал он. Держа мусор в одной руке и перерабатывая в другой, он поскользнулся на траве и приземлился на подбородок. Этот удар пощадил ему мозг, но сильно ранил его позвоночник, отрезав всю связь между его мозгом и мускулатурой с головы вниз. «У меня ничего не происходит под ключицами», - говорит он.

Degray получила два устройства имплантатов в руках Хендерсона в августе 2016. В нескольких последующих исследовательских сессиях он и другие два участника исследования, которым проводили подобные операции, поощряли попытки или визуализацию моделей желаемых движений рук, рук и пальцев. Результирующие нейронные сигналы от моторной коры были электронным образом извлечены встроенными записывающими устройствами, переданы на компьютер и переведены алгоритмами Шеной в команды, направляющие курсор на экранную клавиатуру на символы, заданные участниками.

Быстрая коричневая лиса ...

Исследователи измерили скорость, с которой пациенты могли правильно копировать фразы и предложения - например, «Быстрая коричневая лиса перепрыгнула через ленивую собаку». Средняя скорость составляла 7.8 слов в минуту для слов Degray и 6.3 и 2.7 в минуту, соответственно, для двух других участников.

Исследовательская система, используемая в исследовании, внутрикортикальный интерфейс мозга и компьютера, называемый системой Neural Interface BrainGate, представляет собой новейшее поколение BCI. Предыдущие поколения воспринимали сигналы сначала с помощью электрических проводов, размещенных на волосистой части головы, а затем путем хирургического вмешательства на поверхности мозга под черепом.

Внутрикортикальный BCI использует крошечный кремниевый чип размером чуть более одной шестой дюйма, из которого выступают электроды 100, которые проникают в мозг примерно до четверти и проникают в электрическую активность отдельных нервных клеток в моторной коре.

Хендерсон сравнил полученное улучшенное разрешение нейронного восприятия по сравнению с тем, что было в BCI старшего поколения, до того, как раздавать аплодисменты метрам отдельным членам студийной аудитории, а не просто размещать их на потолке », так что вы можете сказать, насколько сложно и как быстро каждый человек в аудитории хлопает ».

Беспроводная система 24 / 7

Наступит день - ближе к пяти, чем через 10 лет, прогнозирует Shenoy - когда самокалибрующаяся, полностью имплантированная беспроводная система может использоваться без помощи воспитателя, не оказывает никакого косметического воздействия. и может использоваться круглосуточно.

«Я не вижу никаких непреодолимых проблем, - говорит он. «Мы знаем шаги, которые мы должны предпринять, чтобы добраться туда».

Дегра, которая продолжает активно участвовать в исследовании, умела печатать до своей аварии, но не была экспертом в этом. Он описал свою недавно открытую доблесть на языке поклонника видеоигр.

«Это похоже на одну из самых классных видеоигр, с которой я когда-либо играл, - говорит он. «И мне даже не нужно класть туда четверть».

Стэнфордский исследовательский ассистент Кристин Блабе также является соавтором исследования, как и исследователи BrainGate из Массачусетской общей больницы и Case Western University.

Финансирование поступило от Национальных институтов здравоохранения, Стэнфордского отделения постдокторантуры, Фонда Крейга Х. Нейлсена, Стэнфордской программы обучения медицинских ученых, Stanford BioX-NeuroVentures, Стэнфордского института нейроинноваций и трансляционной нейробиологии, Стэнфордского института неврологии. , Ларри и Памела Гарлик, Сэмюэл и Бетси Ривз, Медицинский институт Говарда Хьюза, Департамент по делам ветеранов США, Институт комплексных исследований фибрилляции предсердий и инсульта MGH-Dean, а также больница общего профиля Массачусетса.

Управление лицензирования технологий Стэнфорда обладает интеллектуальной собственностью по межкортикальным инженерным достижениям, связанным с BCI, выполненным в лаборатории Shenoy.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Источник: Брюс Голдман Стэнфордский университет

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon