Цей імплантат дозволяє паралізованим людям набирати розум

Нещодавно підключення мозок до комп’ютера дозволило людям з важкою слабкістю кінцівок друкувати за допомогою прямого контролю мозку на найвищих швидкостях та рівнях точності, про які повідомлялося на сьогодні.

Двоє з учасників страждають на бічний аміотрофічний склероз, який також називають хворобою Лу Геріга, а у одного - пошкодження спинного мозку.

Кожен з них мав у своєму мозку одну-дві електронні решітки розміром з дитячий аспірин, щоб записати сигнали від рухової кори, області, що контролює рух м’язів. Сигнали передавались на комп’ютер за допомогою кабелю та алгоритмами транслювались у команди вказівника та клацання, що спрямовували курсор на символи на екранній клавіатурі.

Кожен учасник, після мінімальних тренувань, опанував техніку, достатню, щоб перевершити результати будь-якого попереднього тестування інтерфейсів мозок-комп'ютер (BCI) для покращення спілкування людей із подібними порушеннями руху. Примітно, що вони досягли швидкості набору тексту без використання автоматичної допомоги при заповненні слів, поширеної в даний час у програмах електронної клавіатури, що, ймовірно, підвищило б їх продуктивність.

Один учасник, Денніс Дегрей з Менло-Парку, штат Каліфорнія, зміг набрати 39 правильних символів на хвилину, що еквівалентно приблизно восьми словам на хвилину.


Innersele підписатися графіка


Цей підхід "вказівник і клік" може бути застосований до різних обчислювальних пристроїв, включаючи смартфони та планшети, без істотних змін, стверджують дослідники. Їхні висновки з’являються в журналі eLife.

“Це як одна з найкрутіших відеоігор, з якими мені доводилося грати. І мені навіть не потрібно вкладати в неї чверть ”.

"Успіх нашого дослідження є важливою віхою на шляху до поліпшення якості життя людей з паралічем", - говорить Джеймі Хендерсон, професор нейрохірургії Стенфордського університету, який провів дві з трьох процедур імплантації пристроїв у Стенфордській лікарні. Третій відбувся у Массачусетській загальній лікарні.

"Це дослідження повідомляє про найвищу швидкість і точність, що втричі перевищують показники, показані раніше", - говорить співстарший автор Крішна Шеной, професор електротехніки. "Ми наближаємося до швидкості, з якою ви можете вводити текст на свій мобільний телефон".

"Виступ справді захоплюючий", - каже колишній докторант Четан Пандарінатх, який зараз має спільне призначення в Університеті Еморі та Технологічному інституті штату Джорджія доцентом кафедри біомедичної інженерії. «Ми досягаємо рівня спілкування, який багатьом людям із паралічем рук та рук буде корисним. Це критичний крок для створення пристроїв, які можуть бути придатними для реального використання ".

Лабораторія Шеной була піонером алгоритмів, що використовуються для декодування складних залпів електричних сигналів, що випромінюються нервовими клітинами в руховій корі, командному центрі головного мозку для руху, і перетворює їх у реальному часі в дії, які зазвичай виконуються спинним мозку та м'язами.

"Використання цих високоефективних алгоритмів BCI в клінічних випробуваннях на людях демонструє потенціал для цього класу технологій відновити зв'язок з людьми з паралічем", - говорить докторант Пол Нуюджукян.

"Я виносив сміття під дощем"

Мільйони людей з паралічем проживають у США. Іноді їх параліч настає поступово, як це відбувається при БАС. Іноді воно приходить раптово, як у випадку Дегрея.

Зараз 64-річний, Деґрей став квадриплегічним 10 жовтня 2007 року, коли впав і отримав травму спинного мозку, що змінила життя. "Я виносив сміття під дощем", - сказав він. Тримаючи сміття в одній руці, а переробку - в другій, він зісковзнув на траву і приземлився на підборіддя. Удар пощадив його мозок, але сильно поранив хребет, перервавши всі зв'язки між його мозку та мускулатурою від голови вниз. "У мене під ключицями нічого не відбувається", - каже він.

Дегрей отримав два імплантати пристрою від рук Хендерсона в серпні 2016 р. У кількох наступних дослідницьких сесіях йому та двом іншим учасникам дослідження, які перенесли подібні оперативні втручання, було запропоновано спробувати або візуалізувати схеми бажаних рухів рук, рук і пальців. Отримані нейронні сигнали з моторної кори були в електронному вигляді витягнуті вбудованими пристроями запису, передані на комп'ютер і переведені алгоритмами Шеной в команди, що спрямовують курсор на екранній клавіатурі до символів, визначених учасником.

Швидка коричнева лисиця ...

Дослідники вимірювали швидкість, з якою пацієнти могли правильно копіювати фрази та речення - наприклад, "Швидка коричнева лисиця перестрибнула ледачого собаку". Середні показники становили 7.8 слів на хвилину для Degray та 6.3 та 2.7 слів на хвилину, відповідно, для двох інших учасників.

Досліджувана система, використана в дослідженні, внутрішньокортикальний інтерфейс мозок-комп'ютер, що називається BrainGate Neural Interface System, представляє новітнє покоління BCI. Попередні покоління сприймали сигнали спочатку за допомогою електричних відведень, розміщених на шкірі голови, а потім хірургічно розташовуючи їх на поверхні мозку під черепом.

Інтракортикальний BCI використовує крихітний силіконовий чіп площею трохи більше однієї шостої дюйма, з якого виступають 100 електродів, які проникають в мозок приблизно в товщину до чверті і впливають на електричну активність окремих нервових клітин в руховій корі.

Хендерсон порівняв отриману покращену роздільну здатність нейронного зондування, порівняно з роздільною здатністю старшого покоління, до роздавання оплесків окремим членам аудиторії студії, а не просто розміщення їх на стелі, "так що ви можете сказати, наскільки важко і як швидко аплодує кожна людина з аудиторії ".

Цілодобова бездротова система

Настане день - ближче до п’яти, ніж через 10 років, передбачає Шеной, - коли самокалібруюча, повністю імплантована бездротова система може використовуватися без допомоги вихователя, не матиме косметичного впливу. і може використовуватися цілодобово.

"Я не бачу жодних непереборних викликів", - говорить він. "Ми знаємо кроки, які нам потрібно зробити, щоб туди дійти".

Дегрей, який продовжує брати активну участь у дослідженні, до аварії знав, як друкувати, але не був експертом у цьому. Він описав свою нещодавно виявлену майстерність мовою шанувальника відеоігор.

"Це як одна з найкрутіших відеоігор, з якими мені доводилося грати", - говорить він. "І мені навіть не потрібно вкладати в неї чверть".

Стенфордський науковий співробітник Крістін Блейб також є співавтором дослідження, як і дослідники BrainGate з Массачусетської загальної лікарні та університету Case Western.

Фінансування надходило від Національного інституту охорони здоров’я, Стенфордського відділення з питань докторантури, Фонду Крейга Х. Нілсена, Стенфордської програми підготовки медичних вчених, Stanford BioX-NeuroVentures, Стенфордського інституту нейроінновацій та трансляційних нейронаук, Стенфордського інституту неврології , Ларрі та Памела Гарлік, Семюель та Бетсі Рівз, Медичний інститут Говарда Хьюза, Департамент у справах ветеранів США, Інститут інтегрованих досліджень з питань фібриляції та інсульту передсердь MGH та Масачусетська лікарня загального користування.

Офіс технологічного ліцензування Стенфорда володіє інтелектуальною власністю за допомогою інтеркортикальних інженерних досягнень BCI, здійснених у лабораторії Шеной.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Джерело: Брюс Голдман для Стенфордський університет

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon