Η καθημερινή χρήση ρομπότ και νευροπροσθετικών ελεγχόμενων από τον εγκέφαλο είναι η πρωταρχική υπόσχεση της διεπαφής εγκεφάλου-μηχανής (ΔΜΣ) για άτομα που πάσχουν από σοβαρές κινητικές αναπηρίες. Μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν κάνει ένα βήμα μπροστά για τις διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής — συστήματα υπολογιστών που μετατρέπουν τη δραστηριότητα του νου σε δράση.
Σε αυτή τη μελέτη, πολλά άτομα με κινητικές αναπηρίες θα μπορούσαν να χειριστούν ένα αναπηρικό καροτσάκι που μεταφράζει τις σκέψεις τους σε κίνηση. Η μελέτη είναι επίσης σημαντική λόγω του μη επεμβατικού εξοπλισμού που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του αναπηρική καρέκλα.
Ο José del R. Millán, καθηγητής στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Chandra της Σχολής Μηχανικών Cockrell, ο οποίος ηγήθηκε της διεθνούς ερευνητικής ομάδας, είπε: «Δείξαμε ότι τα άτομα που θα είναι οι τελικοί χρήστες αυτών των τύπων συσκευών μπορούν να πλοηγηθούν σε ένα φυσικό περιβάλλον με τη βοήθεια ενός διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής. "
Η έννοια του αναπηρικού αμαξιδίου που κινείται με τη σκέψη έχει διερευνηθεί εδώ και χρόνια. Ωστόσο, οι περισσότερες προσπάθειες βασίζονται σε άτομα χωρίς αναπηρία ή σε ερεθίσματα που αναγκάζουν το αναπηρικό αμαξίδιο να ελέγχει τον χρήστη και όχι το αντίστροφο.
Σε αυτήν την περίπτωση, τρία άτομα με τετραπληγία—η αδυναμία κίνησης των χεριών και των ποδιών λόγω τραυματισμών της σπονδυλικής στήλης— χειρίστηκαν το αναπηρικό καροτσάκι σε διάφορους βαθμούς επιτυχίας σε ένα χαοτικό, φυσικό περιβάλλον. Η διεπαφή κατέλαβε τους εγκεφαλική δραστηριότητα, και ένας αλγόριθμος μηχανικής μάθησης το μετέτρεψε σε οδηγίες χειρισμού του αναπηρικού αμαξιδίου.
Οι επιστήμονες σημείωσαν, "Αυτό είναι ένα σημάδι μελλοντικής εμπορικής βιωσιμότητας για αναπηρικά αμαξίδια που κινούνται με μυαλό που μπορούν να βοηθήσουν άτομα με περιορισμένη κινητική λειτουργία."
«Η μελέτη είναι επίσης σημαντική λόγω του μη επεμβατικού εξοπλισμού που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του αναπηρικού αμαξιδίου».
Παραδόξως, οι επιστήμονες δεν εμφύτευσαν καμία συσκευή στους συμμετέχοντες ούτε χρησιμοποίησαν κανένα είδος διέγερσης σε αυτούς. Οι συμμετέχοντες έπρεπε να φορούν ένα καπάκι με ηλεκτρόδια που κατέγραφαν την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου, γνωστό ως an ηλεκτροκεφαλογράφημα (ΗΕΓ). Αυτά τα ηλεκτρικά σήματα ενισχύθηκαν και μεταφέρθηκαν σε έναν υπολογιστή, μετατρέποντας τις σκέψεις του κάθε συμμετέχοντα σε πράξη.
Δύο σημαντικές δυναμικές συνέβαλαν σημαντικά στην επιτυχία της μελέτης. Το πρώτο περιλαμβάνει ένα πρόγραμμα εκπαίδευσης για τους χρήστες.
Οι τεχνικές οπτικοποίησης της κίνησης της καρέκλας διδάχθηκαν στους χρήστες με τον ίδιο τρόπο που θα είχαν μάθει να κινούν τα χέρια και τα πόδια τους. Η εγκεφαλική δραστηριότητα των συμμετεχόντων στη μελέτη άλλαζε καθώς έδιναν εντολές και οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακολουθήσουν αυτές τις αλλαγές.
Ο δεύτερος συνεργάτης δανείστηκε από τη ρομποτική. Για να κατανοήσουν καλύτερα το περιβάλλον τους, οι επιστήμονες εξόπλισαν τα αναπηρικά τους καροτσάκια με αισθητήρες. Επιπλέον, χρησιμοποίησαν λογισμικό ρομποτικής νοημοσύνης για να βοηθήσουν το αναπηρικό αμαξίδιο να ταξιδεύει με ακρίβεια και ασφάλεια, συμπληρώνοντας τα κενά στις εντολές των χρηστών.
Μίλαν είπε, «Λειτουργεί πολύ σαν ιππασία. Ο αναβάτης μπορεί να πει στο άλογο να στρίψει αριστερά ή να μπει σε μια πύλη. Αλλά το άλογο θα πρέπει τελικά να βρει τον βέλτιστο τρόπο για να εκτελέσει αυτές τις εντολές».
Τα μέλη της ομάδας στο έργο περιλαμβάνουν τον Luca Tonin από το Πανεπιστήμιο της Πάντοβα στην Ιταλία. Σεραφείμ Περδίκης του Πανεπιστημίου του Essex στο Ηνωμένο Βασίλειο. Οι Taylan Deniz Kuzu, Jorge Pardo, Thomas Armin Schildhauer, Mirko Aach και Ramón Martínez-Olivera του Ruhr-Universität Bochum στη Γερμανία· Bastien Orset της École polytechnique fédérale de Lausanne στην Ελβετία. και Kyuhwa Lee του Wyss Centre for Bio and Neuroengineering στην Ελβετία.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Ο Luca Tonin et al. Εκμάθηση ελέγχου ενός αναπηρικού αμαξιδίου με ΔΜΣ για άτομα με σοβαρή τετραπληγία. iScienceΕ DOI: 10.1016/j.isci.2022.105418
