Aivoohjattujen robottien ja neuroproteesien päivittäinen käyttö on tärkein lupaus aivo-konerajapinnasta (BMI) ihmisille, joilla on vakavia motorisia vammoja. Uusi tutkimus University of Texas at Austin ottaa askeleen eteenpäin aivojen ja koneen välisissä rajapinnoissa – tietokonejärjestelmissä, jotka muuttavat mielen toiminnan toiminnaksi.
Tässä tutkimuksessa useat liikevammaiset ihmiset pystyivät käyttämään pyörätuolia, joka muuttaa heidän ajatuksensa liikkeeksi. Tutkimus on merkittävä myös sen toiminnassa käytettävien ei-invasiivisten laitteiden vuoksi pyörätuoli.
Kansainvälistä tutkimusryhmää johtanut Cockrell School of Engineeringin Chandra-perheen sähkö- ja tietokonetekniikan laitoksen professori José del R. Millán sanoi: "Osoitimme, että ihmiset, jotka ovat tämäntyyppisten laitteiden loppukäyttäjiä, voivat navigoida luonnollisessa ympäristössä aivo-kone-rajapinta"
Ajatusvoimaisen pyörätuolin käsitettä on tutkittu vuosia. Silti suurin osa yrityksistä on tukeutunut ei-vammaisiin ihmisiin tai ärsykkeisiin, jotka saavat pyörätuolin hallitsemaan käyttäjää sen sijaan, että päinvastoin olisivat.
Tässä tapauksessa kolme henkilöä, joilla oli tetraplegia - kyvyttömyys liikuttaa käsiään ja jalkojaan selkärangan vammojen vuoksi - käytti pyörätuolia eri asteilla kaoottisessa, luonnollisessa ympäristössä. Käyttöliittymä vangitsi heidän aivojen toiminta, ja koneoppimisalgoritmi muutti sen ohjeiksi pyörätuolin käyttöä varten.
Tiedemiehet huomauttivat, "Tämä on merkki mielellä toimivien pyörätuolien kaupallisesta kannattavuudesta tulevaisuudessa, sillä ne voivat auttaa ihmisiä, joilla on rajoitettu motorinen toiminta."
"Tutkimus on merkittävä myös pyörätuolin käyttämiseen käytetyn ei-invasiivisen laitteiston vuoksi."
Yllättäen tutkijat eivät implantoineet osallistujille mitään laitetta tai käyttäneet heihin minkäänlaista stimulaatiota. Osallistujien piti käyttää korkkia, jossa oli elektrodeja, jotka tallensivat aivojen sähköistä toimintaa aivosähkökäyrä (EEG). Näitä sähköisiä signaaleja vahvistettiin ja siirrettiin tietokoneelle, mikä muutti jokaisen osallistujan ajatukset toiminnaksi.
Kaksi tärkeää dynamiikkaa vaikuttivat merkittävästi tutkimuksen onnistumiseen. Ensimmäinen sisältää koulutusohjelman käyttäjille.
Tuolin liikkumisen visualisointitekniikat opetettiin käyttäjille samalla tavalla kuin he olisivat oppineet liikuttamaan käsiään ja jalkojaan. Tutkimukseen osallistuneiden aivotoiminta muuttui heidän antaessaan komentoja, ja tutkijat pystyivät seuraamaan näitä muutoksia.
Toinen kirjoittaja lainasi robotiikasta. Ymmärtääkseen ympäristönsä paremmin tutkijat varustivat pyörätuolinsa antureilla. Lisäksi he käyttivät robottiälyohjelmistoa auttamaan pyörätuolia liikkumaan tarkasti ja turvallisesti täyttämällä aukkoja käyttäjien käskyissä.
Millan sanoi, ”Se toimii paljon kuin ratsastus. Ratsastaja voi käskeä hevosta kääntymään vasemmalle tai menemään portista. Mutta hevosen on viime kädessä keksittävä optimaalinen tapa suorittaa nämä käskyt."
Projektin tiimiin kuuluu Luca Tonin Padovan yliopistosta Italiasta; Serafeim Perdikis Essexin yliopistosta Yhdistyneessä kuningaskunnassa; Taylan Deniz Kuzu, Jorge Pardo, Thomas Armin Schildhauer, Mirko Aach ja Ramón Martínez-Olivera Ruhr-Universität Bochumista Saksasta; Bastien Orset École polytechnique fédérale de Lausannesta Sveitsissä; ja Kyuhwa Lee Wyss Center for Bio and Neuroengineeringistä Sveitsissä.
Lehden viite:
- Luca Tonin et ai. BMI-käyttöisen pyörätuolin hallinnan oppiminen ihmisille, joilla on vaikea tetraplegia. iScience. DOI: 10.1016/j.isci.2022.105418
