Pierwsze w historii użycie szerokopasmowego, bezprzewodowego połączenia mózgu z komputerem.

Czym jest BCI?

W ramach prac nad w pełni wszczepianym, wewnątrzkorowym interfejsem mózg-komputer, badacze BrainGate (Brown University and Providence Veterans Affairs Medical Center) zademonstrowali pierwsze zastosowanie na ludziach bezprzewodowego nadajnika, który jest zdolny do dostarczania sygnałów neuronowych o dużej szerokości pasma.

Interfejsy mózg-komputer (BCI) to ciągle raczkująca technologia wspomagająca, która umożliwia np. osobom z paraliżem pisanie na ekranach komputerów lub manipulowanie robotycznymi protezami poprzez samo myślenie o poruszaniu własnym ciałem. Przez całe lata BCI używane w badaniach klinicznych wymagały kabli łączących matrycę czujnikową w mózgu z komputerami, które dekodują sygnały i wykorzystują je do sterowania urządzeniami zewnętrznymi. TeamQuest przypatruje się tej tematyce uważnie.

Teraz bez kabli

Po raz pierwszy uczestnicy badań klinicznych zademonstrowali zastosowanie wewnątrzkorowego bezprzewodowego BCI z zewnętrznym bezprzewodowym nadajnikiem. System może transmitować sygnały mózgowe z rozdzielczością pojedynczego neuronu i pełną wiernością szerokopasmową - bez fizycznego łączenia użytkownika z systemem dekodującym. Tradycyjne kable zostały zastąpione małym nadajnikiem o największym rozmiarze około 5 centymetrów i o wadze niecałych 50 gram. Urządzenie znajduje się na czubku głowy użytkownika i łączy się z układem elektrod w korze ruchowej mózgu.

W badaniu opublikowanym w IEEE Transactions on Biomedical Engineering dwóch sparaliżowanych uczestników badań klinicznych użyło systemu BrainGate z bezprzewodowym nadajnikiem do wskazywania, klikania i pisania na zupełnie zwykłym tablecie. Badanie wykazało, że system bezprzewodowy przesyłał sygnały z praktycznie taką samą wiernością jak systemy przewodowe, a uczestnicy osiągnęli podobną dokładność „wskaż i kliknij” oraz prędkości pisania.

Badanie aktywności mózgu

Badanie potwierdziło nowe możliwości. Uczestnicy badania (35-letni mężczyzna i 63-letni mężczyzna, obaj sparaliżowani urazami rdzenia kręgowego) mogli korzystać z systemu w swoich domach, w przeciwieństwie do laboratorium, w którym odbywa się większość badań BCI. Nieobciążeni kablami pacjenci mogli używać BCI w sposób ciągły aż do 24 godzin, dostarczając badaczom długoterminowe dane, w tym podczas snu.

Sprawdź oferty pracy na TeamQuest

Leigh Hochberg, profesor inżynierii z Brown's Carney Institute for Brain Science i lider badania klinicznego BrainGate powiedział:

Chcemy zrozumieć, jak sygnały neuronowe ewoluują w czasie. Dzięki temu systemowi możemy patrzeć na aktywność mózgu w domu przez długi czas w sposób, który wcześniej był prawie niemożliwy. Pomoże nam to zaprojektować algorytmy dekodowania, które zapewnią płynne, intuicyjne i niezawodne przywracanie komunikacji i mobilności osobom z paraliżem.

To nie pierwsze sukcesy BrainGate

Jest to kolejny znaczący postęp dokonany przez naukowców z konsorcjum BrainGate. BrainGate to interdyscyplinarna grupa naukowców z uniwersytetów Brown, Stanford i Case Western Reserve, a także z Providence Veterans Affairs Medical Center i Massachusetts General Hospital. W 2012 roku zespół opublikował przełomowe eksperymenty, których uczestnicy mogli po raz pierwszy obsługiwać wielowymiarową robotyczną protezę za pomocą BCI. Po tej pracy nastąpiły kolejne przełomy kliniczne, które umożliwiły ludziom pisanie na komputerach, używanie aplikacji na tablety, a nawet poruszanie własnymi, sparaliżowanymi kończynami. Współautorka badania, Sharlene Flesher (inżynier sprzętu w Apple) wskazuje na założenia techniczne przyświecające grupie:

Ewolucja wewnątrzkorowych BCI polegająca na rezygnacji ze stosowania kabla przewodowego i użycie zamiast niego miniaturowego przekaźnika bezprzewodowego jest głównym krokiem w kierunku funkcjonalnego wykorzystania w pełni wszczepianych, wysokowydajnych interfejsów neuronowych. Zmierzamy w kierunku zmniejszenia transmitowanej szerokości pasma przy jednoczesnym zachowaniu dokładności sterowania urządzeniami wspomagającymi. Nasze badanie jest jednym z nielicznych, które wychwytuje pełną szerokość sygnałów korowych przez dłuższy czas, w tym podczas praktycznego stosowania BCI.