Technologia Pozwala Osobom Po Amputacji Kontrolować Ramię Robota Za Pomocą Umysłu

 Naukowcy z University of Minnesota Twin Cities opracowali dokładniejszą, mniej inwazyjną technologię, która umożliwia osobom po amputacji poruszanie ramieniem robota za pomocą sygnałów mózgowych zamiast mięśni.

Wiele obecnych na rynku protez kończyn wykorzystuje system kabli i uprzęży kontrolowanych przez ramiona lub klatkę piersiową, a bardziej zaawansowane kończyny wykorzystują czujniki do wychwytywania subtelnych ruchów mięśni w istniejącej kończynie pacjenta nad urządzeniem. Ale obie opcje mogą być kłopotliwe, nieintuicyjne i wymagać miesięcy praktyki dla osób po amputacji, aby nauczyć się ich poruszania.

Naukowcy z Wydziału Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu, z pomocą współpracowników z branży, stworzyli małe, wszczepialne urządzenie, które przyczepia się do nerwu obwodowego w ramieniu osoby. W połączeniu z komputerem ze sztuczną inteligencją i ramieniem robota, urządzenie może odczytywać i interpretować sygnały mózgowe, umożliwiając osobom po amputacji kończyny górnej kontrolowanie ramienia wyłącznie za pomocą myśli.

Najnowsza praca naukowców została opublikowana w Journal of Neural Engineering, recenzowanym czasopiśmie naukowym z interdyscyplinarnej dziedziny inżynierii neuronowej.

„Jest o wiele bardziej intuicyjny niż jakikolwiek system komercyjny” – powiedział Jules Anh Tuan Nguyen, badacz z tytułem doktora i doktor inżynierii biomedycznej University of Minnesota Twin Cities. ukończyć. „W przypadku innych komercyjnych systemów protetycznych, gdy osoby po amputacji chcą poruszyć palcem, tak naprawdę nie myślą o poruszeniu palcem. Próbują aktywować mięśnie ramienia, ponieważ tak odczytuje system. Z tego powodu systemy te wymagają wiele nauki i praktyki. Dla naszej technologii, ponieważ bezpośrednio interpretujemy sygnał nerwowy, zna intencje pacjenta. Jeśli chcą poruszyć palcem, wszystko, co muszą zrobić, to pomyśleć o poruszeniu tym palcem”.

Nguyen pracował nad tymi badaniami od około 10 lat z profesorem nadzwyczajnym Uniwersytetu Minnesota, Zhi Yangiem, i był jednym z kluczowych twórców technologii chipów neuronowych.

Projekt rozpoczął się w 2012 roku, kiedy Edward Keefer, neurobiolog branżowy i dyrektor generalny Nerves, Incorporated, zwrócił się do Yanga o stworzenie implantu nerwowego, który mógłby przynieść korzyści osobom po amputacji. Para otrzymała fundusze od rządowej Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) i od tego czasu przeprowadziła kilka udanych prób klinicznych z udziałem prawdziwych osób po amputacji.

Naukowcy współpracowali również z biurem komercjalizacji technologii Uniwersytetu Minnesota, aby stworzyć startup o nazwie Fasikl – gra słów „fascykuł”, który odnosi się do wiązki włókien nerwowych – w celu komercjalizacji technologii.

„Fakt, że możemy wpłynąć na prawdziwych ludzi i pewnego dnia poprawić życie ludzkich pacjentów, jest naprawdę ważny” – powiedział Nguyen. „Fajnie jest opracowywać nowe technologie, ale jeśli przeprowadzasz tylko eksperymenty w laboratorium, nie ma to bezpośredniego wpływu na nikogo. Dlatego chcemy być na University of Minnesota, angażując się w badania kliniczne. Przez ostatnie trzy czy cztery lata miałem przywilej pracować z kilkoma ludzkimi pacjentami. Potrafię być naprawdę emocjonalna, kiedy mogę pomóc im poruszyć palcem lub zrobić coś, o czym wcześniej nie myśleli, że jest możliwe”.

Duża część tego, co sprawia, że ​​system działa tak dobrze w porównaniu z podobnymi technologiami, to włączenie sztucznej inteligencji, która wykorzystuje uczenie maszynowe do pomocy w interpretacji sygnałów z nerwu.

„Sztuczna inteligencja ma ogromną zdolność wyjaśniania wielu relacji” – powiedział Yang. „Ta technologia pozwala nam dokładnie rejestrować dane ludzkie, dane nerwowe. Z tego rodzaju danymi nerwowymi system AI może wypełnić luki i określić, co się dzieje. To naprawdę wielka rzecz, móc połączyć tę nową technologię chipową z AI. Może pomóc odpowiedzieć na wiele pytań, na które wcześniej nie mogliśmy odpowiedzieć”.

Technologia przynosi korzyści nie tylko osobom po amputacji, ale także innym pacjentom cierpiącym na zaburzenia neurologiczne i przewlekły ból. Yang widzi przyszłość, w której inwazyjne operacje mózgu nie będą już potrzebne, a sygnały mózgowe będą dostępne za pośrednictwem nerwu obwodowego.

Ponadto wszczepialny chip ma zastosowania wykraczające poza medycynę.

W tej chwili system wymaga przewodów, które przechodzą przez skórę, aby połączyć się z zewnętrznym interfejsem AI i ramieniem robota. Ale gdyby chip mógł łączyć się zdalnie z dowolnym komputerem, dałoby ludziom możliwość kontrolowania swoich urządzeń osobistych – na przykład samochodu lub telefonu – za pomocą umysłów.

„Niektóre z tych rzeczy rzeczywiście się dzieją. Wiele badań przenosi się z tak zwanej kategorii „fantazji” do kategorii naukowej” – powiedział Yang. „Ta technologia została z pewnością zaprojektowana dla osób po amputacji, ale jeśli mówisz o jej prawdziwym potencjale, może to dotyczyć nas wszystkich”.

Oprócz Nguyen, Yang i Keefer, inni współpracownicy tego projektu to profesor Catherine Qi Zhao i badacz Ming Jiang z Wydziału Informatyki i Inżynierii Uniwersytetu Minnesota; profesor Jonathan Cheng z University of Texas Southwestern Medical Center; oraz wszyscy  członkowie grupy Laboratorium Neuroelektroniki Yanga  na Wydziale Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu Minnesota.