Новый нейроимплант дал возможность парализованному человеку управлять компьютером

02.12.2020 Неврология  Нет комментариев

Новый нейроимплант дал возможность парализованному человеку управлять компьютером

ПРОБЛЕМА ПОСТОЯННОГО ПЕРЕОБУЧЕНИЯ
В последние годы в области BCI был достигнут большой прогресс, но поскольку существующие системы приходилось перезагружать и калибровать каждый день, они не могли задействовать естественные процессы обучения мозга. Это все равно, что просить кого-то научиться ездить на велосипеде снова и снова с нуля каждый день. Адаптация системы искусственного обучения для бесперебойной работы со сложными схемами долгосрочного обучения мозга — это то, чего никогда раньше не было у человека с параличом.

Достижение Plug and Play (подключи и работай) демонстрирует ценность так называемых наборов электродов ЭКоГ для приложений BCI. Матрица ЭКоГ включает подушечку электродов размером с монетку, которая хирургическим путем помещается на поверхность мозга. Она позволяет вести длительную и стабильную регистрацию нервной активности и ранее уже была одобрена для мониторинга приступов у пациентов с эпилепсией.

В прошлых версиях BCI использовались наборы острых игольчатых электродов, которые проникают в ткань мозга для более чувствительной записи. Но имеют тенденцию смещаться или терять сигнал со временем.

В своей новой статье, опубликованной 7 сентября 2020 года в журнале Nature Biotechnology , команда описала использование массива электродов ЭКоГ у человека с параличом всех четырех конечностей (тетраплегия). Участник также участвует в клиническом испытании, предназначенном для проверки использования ЭКоГ, позволяющих парализованным пациентам управлять протезом руки и кисти, но в этом исследовании участник использовал имплант для управления курсором компьютера на экране.

КАК ПРОХОДИЛО ИССЛЕДОВАНИЕ
Исследователи разработали алгоритм BCI, который использует машинное обучение для сопоставления активности мозга, регистрируемой электродами ЭКоГ, с желаемыми движениями курсора пользователя. Первоначально исследователи следовали стандартной практике ежедневного сброса алгоритма. Участник начинал с представления определенных движений шеи и запястий, наблюдая, как курсор перемещается по экрану.

Постепенно компьютерный алгоритм обновлялся, чтобы согласовывать движения курсора с генерируемой им мозговой активностью, эффективно передавая управление курсором пользователю. Однако запуск этого процесса каждый день серьезно ограничивает уровень контроля, который может быть достигнут. Чтобы овладеть контролем над устройством, могли потребоваться часы, а в некоторые дни участнику приходилось отказываться от него вообще.

Затем исследователи переключились на то, чтобы алгоритм продолжал обновляться, соответствуя активности мозга участника, не сбрасываясь каждый день. Они обнаружили, что постоянное взаимодействие между сигналами мозга и алгоритмом с улучшенным машинным обучением приводит к постоянному повышению производительности в течение многих дней. Изначально каждый день нужно было наверстать упущенное, но вскоре участник смог сразу же достичь высочайшего уровня.

В конце концов, как только опыт был накоплен, исследователи показали, что они могут полностью отключить алгоритм обновления самого себя, и участник мог просто начать использовать интерфейс каждый день без необходимости в переобучении или повторной калибровке. При отсутствии переобучения результативность не снижалась в течение 44 дней, и участник мог даже несколько дней не тренироваться и видеть небольшое снижение производительности. Установление стабильного опыта в одной из форм управления BCI (перемещение курсора) также позволило исследователям начать «складывать» дополнительные изученные навыки, такие как «нажатие» виртуальной кнопки, без потери производительности.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТА
Такая немедленная эксплуатация BCI по принципу «включай и работай» долгое время была целью в этой области, но была недостижимой, потому что электроды типа «подушечка-подушечка», используемые большинством исследователей, имеют тенденцию со временем перемещаться, изменяя сигналы, воспринимаемые каждым электродом. Кроме того, поскольку эти электроды проникают в ткань мозга, иммунная система имеет тенденцию отвергать их, постепенно ухудшая их сигнал. Матрицы ЭКоГ менее чувствительны, чем эти традиционные имплантаты, но их долговременная стабильность компенсирует этот недостаток. Стабильность записей ЭКоГ может стать даже более важной для долгосрочного управления более сложными роботизированными системами, такими как протезы. И это что будет ключевой целью следующего этапа исследований.

Самые свежие новости медицины на нашей странице в Вконтакте

Читайте также

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>