Pacjent wykazuje nową zręczność dzięki sterowanemu umysłem ramieniu robota

Kobieta, która jest całkowicie sparaliżowana poniżej szyi, odzyskała zdolność sięgania i interakcji z otaczającym ją światem dzięki najbardziej zaawansowanemu dotychczas interfejsowi mózg-komputer do obsługi ramienia robota.

W lutym chirurdzy wszczepili dwie macierze elektrod o wymiarach cztery na cztery milimetry w korze ruchowej uczestnika, regionie mózgu, który inicjuje ruchy. Każdy chip ma 96 elektrod i jest podłączony przez czaszkę do komputera, który tłumaczy jej myśli na sygnały dla ramienia robota. Praca, wykonana przez naukowców z University of Pittsburgh, została opisana w najnowszym numerze Nazwa naukowego czasopisma medycznego .

Kontrola umysłu: Jan Scheuermann kieruje swoimi myślami zrobotyzowaną protezę kończyny, które są rejestrowane przez elektrody w jej mózgu, a następnie interpretowane przez komputer.

Praca jest najnowszym osiągnięciem pokazującym, w jaki sposób technologia kontrolowanego przez mózg interfejsu może przywrócić część ruchu osobom z czterokończynami. W maju tego roku naukowcy z Brown University opisali, w jaki sposób sparaliżowany pacjent może używać kończyny robota do wykonywania podstawowych zadań, w tym do napicia się kawy (zob. Brain Chip pomaga quadriplegikom poruszać robotami ramionami swoimi myślami). Uczestniczka nowego badania ma dwa razy więcej elektrod w mózgu niż kobieta w badaniu Browna i może wykazywać bardziej złożone ruchy dłoni za pomocą zrobotyzowanej kończyny.

Reprodukujemy bardziej naturalny i realistyczny ruch ramienia i dłoni, mówi Andrzeja Schwartza , neurolog z University of Pittsburgh i starszy autor badania.

Niektórzy eksperci ostrzegają jednak, że trudno wyciągnąć wnioski na temat potencjału technologii na podstawie pojedynczego przypadku.

Symbol zastępczy dla Miguel Nicolelis , badacz interfejsu mózg-maszyna z Duke University, zauważa, że ​​nagrywanie z większej liczby neuronów umożliwia poprawę precyzji i złożoności ruchów podłączonych urządzeń. Dodaje jednak, że trudno powiedzieć, z ilu neuronów faktycznie nagrywał zespół Pittsburgha. Niewiele jest udokumentowanych sygnałów mózgowych, mówi Nicolelis z Lancet artykuł opisujący pracę. Byłoby naprawdę wspaniale, gdyby osiągnęły wartość 200 neuronów, ale wydaje się, że nie ma na to żadnej dokumentacji, mówi.

ten Lancet badanie opisuje postępy kobiety podczas operowania ramieniem robota przez 13 tygodni. Po wszczepieniu elektrod do jej mózgu rozpoczęła trening od obserwowania ruchu ramienia i wyobrażania sobie, że go kontroluje. Przez cały czas komputer rejestrował aktywność neuronalną w korze ruchowej, a informacje te zostały wykorzystane do lepszego odkodowania jej intencji w ruchach ramienia robota. Potem zaczęliśmy dawać jej trochę kontroli, mówi Jennifer Collinger , inżynier biomedyczny z Pittsburgha i pierwszy autor badania. To generuje pętlę sprzężenia zwrotnego — może zobaczyć, czy to, o czym myśli, porusza ramieniem we właściwym kierunku, czy nie. W końcu zdjęliśmy te koła treningowe i daliśmy jej pełną kontrolę.

Już drugiego dnia użytkowania uczestniczka była w stanie samodzielnie poruszać ramieniem w trzech wymiarach. Z praktyką była w stanie przenosić kostki i inne przedmioty wokół stołu, a nawet podnieść dwufuntowy kamień. Kobieta kontynuuje współpracę z naukowcami. Niedawno była w stanie podnieść kawałek czekolady i nakarmić się, mówi Schwartz.

Podobnie jak rdzeń kręgowy, ramię robota użyte w badaniu ma pewną zdolność kontrolowania własnego ruchu. Lata badań na naczelnych nad tym, jak kora ruchowa koordynuje ruchy rąk, pomogły zespołowi opracować technologię, która może przełożyć myśli uczestników na bardziej płynne i naturalne ruchy, mówi Gregoire Courtine , neurolog ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Lozannie w Szwajcarii.

Kiedy zwierzęta się poruszają, kierują się pewnymi zestawami zasad i okazuje się, że możemy to wychwycić w sygnałach neuronalnych, które rejestrujemy z kory ruchowej, mówi Schwartz.

Ramię, które zostało opracowane w ramach kontraktu Defense Advanced Research Projects Agency, ma 17 silników, które kontrolują 26 stawów w najbardziej wyrafinowanym systemie sztucznej kończyny na świecie. Ramię zostało zaprojektowane tak, aby mogło naśladować ludzką kończynę, mówi Michael McLoughlin, kierownik programu w Modułowy projekt protezy kończyny , który ma siedzibę na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Maryland. Zespół Johns Hopkins zbudował sześć kończyn robotów, które są używane przez różne grupy badawcze w USA, mówi McLoughlin.

Kluczowym kolejnym krokiem dla zespołu z Pittsburgha będzie włączenie do protezy czuciowej informacji zwrotnej. Ramię ma ponad 100 czujników, mówi McLoughlin, zdolnych do wykrywania wibracji, ciśnienia, temperatury i innych. Zespół pracuje również nad opracowaniem bezprzewodowej wersji interfejsu mózg-maszyna, aby uczestnicy nie musieli mieć elektroniki wystającej im z głowy.

Naukowcy mają również nadzieję, że zrekrutują więcej uczestników do pracy z protezą i będą dalej ulepszać technologię, aby pewnego dnia dziwactwo laboratoryjne mogło zostać przełożone na zastosowanie terapeutyczne, mówi Schwartz.

ukryć