Implant wykorzystuje uczenie maszynowe, aby zapewnić osobom po amputacji kontrolę nad protezą dłoni

Joe Hamilton, uczestnik badania RPNI Uniwersytetu Michigan, używa swojego umysłu do kontrolowania protezy ręki DEKA, aby podnieść mały blok Evan Dougherty | Inżynieria Uniwersytetu Michigan

Naukowcy od co najmniej dekady pracują nad urzeczywistnieniem protez sterowanych umysłem. Teoretycznie sztuczna ręka, którą osoby po amputacji mogłyby kontrolować umysłem, mogłaby przywrócić im zdolność wykonywania wszelkiego rodzaju codziennych zadań i radykalnie poprawić standard życia.

Jednak do tej pory naukowcy napotkali poważną barierę: nie byli w stanie uzyskać dostępu do sygnałów nerwowych, które są wystarczająco silne lub stabilne, aby wysłać je do bionicznej kończyny. Chociaż możliwe jest uzyskanie tego rodzaju sygnału za pomocą interfejsu mózg-maszyna, procedura implantacji jest inwazyjna i kosztowna. A sygnały nerwowe przenoszone przez nerwy obwodowe, które rozchodzą się z mózgu i rdzenia kręgowego, są za małe.

Nowy implant rozwiązuje ten problem, wykorzystując uczenie maszynowe do wzmocnienia tych sygnałów. Badanie opublikowane w Nauka Medycyna Translacyjna dzisiaj okazało się, że działało to na cztery osoby po amputacji przez prawie rok. Dało im to doskonałą kontrolę nad swoimi protezami rąk i pozwoliło im podnosić miniaturowe klocki do zabawy, chwytać przedmioty, takie jak puszki po napojach i grać w kamień, papier, nożyce.

Po raz pierwszy naukowcy zarejestrowali sygnały miliwoltowe z nerwu – znacznie silniejsze niż jakiekolwiek wcześniejsze badanie.

Siła tego sygnału pozwoliła naukowcom wytrenować algorytmy, aby przełożyć je na ruchy. Kiedy włączyliśmy go po raz pierwszy, zadziałało natychmiast, mówi Paul Cederna, profesor biomechaniki na Uniwersytecie Michigan. kto współprowadził badanie . Nie było przerwy między myślą a ruchem.

Procedura wszczepienia implantu wymaga przecięcia jednego z nerwów obwodowych osoby po amputacji i przyszycia jej do mięśnia. Miejsce goi się, rozwijając nerwy i naczynia krwionośne w ciągu trzech miesięcy. Elektrody są następnie wszczepiane w te miejsca, umożliwiając rejestrację sygnału nerwowego i przekazanie go do protezy ręki w czasie rzeczywistym. Sygnały są przekształcane w ruchy za pomocą algorytmów uczenia maszynowego (tych samych typów, które są używane w interfejsach mózg-maszyna).

Osoby po amputacji noszące protezę ręki były w stanie kontrolować każdy palec i obracać kciukami, niezależnie od tego, jak niedawno utraciły kończynę. Ich sygnały nerwowe były rejestrowane przez kilka minut, aby skalibrować algorytmy do ich indywidualnych sygnałów, ale po tym każdy implant działał od razu, bez konieczności ponownej kalibracji w ciągu 300 dni testów, jak mówi współkierowniczka badania Cynthia Chestek, współpracowniczka profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Michigan.

To tylko badanie sprawdzające słuszność koncepcji, więc wymaga dalszych testów, aby zweryfikować wyniki. Naukowcy rekrutują osoby po amputacji do trwającego badania klinicznego, finansowanego przez DARPA i National Institutes of Health.

ukryć