שימוש יומיומי ברובוטים ונוירו-תותבים נשלטי מוח הוא ההבטחה העליונה של ממשק מוח-מכונה (BMI) עבור אנשים הסובלים ממגבלות מוטוריות קשות. מחקר חדש של ה אוניברסיטת טקסס באוסטין לוקח צעד קדימה עבור ממשקי מוח-מכונה - מערכות מחשב שהופכות פעילות מוח לפעולה.
במחקר זה, מספר אנשים עם מוגבלות מוטורית יכלו להפעיל כיסא גלגלים שמתרגם את מחשבותיהם לתנועה. המחקר משמעותי גם בגלל הציוד הלא פולשני המשמש להפעלת כיסא גלגלים.
חוסה דל ר. מילאן, פרופסור במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים במשפחת צ'נדרה בבית הספר קוקרל, שהוביל את צוות המחקר הבינלאומי, אמר: "הוכחנו שהאנשים שיהיו משתמשי הקצה של מכשירים מסוג זה יכולים לנווט בסביבה טבעית בעזרת ממשק מוח-מכונה".
הרעיון של כיסא גלגלים מופעל מחשבה נחקר במשך שנים. ובכל זאת, רוב המאמצים הסתמכו על אנשים שאינם נכים או גירויים שגורמים לכיסא הגלגלים לשלוט במשתמש במקום להיפך.
במקרה זה, שלושה אנשים עם טטרפלגיה - חוסר היכולת להזיז את הידיים והרגליים עקב פציעות בעמוד השדרה - הפעילו את כיסא הגלגלים בדרגות שונות של הצלחה בסביבה כאוטית וטבעית. הממשק תפס את שלהם פעילות המוח, ואלגוריתם למידת מכונה המיר אותו להוראות להפעלת כיסא הגלגלים.
מדענים ציינו, "זהו סימן לכדאיות מסחרית עתידית עבור כסאות גלגלים המונעים על ידי מחשבה שיכולים לסייע לאנשים עם תפקוד מוטורי מוגבל."
"המחקר משמעותי גם בגלל הציוד הלא פולשני המשמש להפעלת כיסא הגלגלים."
באופן מפתיע, מדענים לא השתילו כל מכשיר במשתתפים או השתמשו בהם בשום סוג של גירוי. המשתתפים נאלצו לחבוש כובע עם אלקטרודות שתיעדו פעילות חשמלית במוח, הידועה בשם אלקטרואנצפלוגרמה (EEG). האותות החשמליים הללו הוגברו והועברו למחשב, תוך תרגום מחשבותיו של כל משתתף לפעולה.
שתי דינמיות חשובות תרמו עיקריות להצלחת המחקר. הראשון כולל תוכנית הדרכה למשתמשים.
הטכניקות להדמיה של הזזת הכיסא נלמדו למשתמשים באותו אופן שבו היו לומדים להזיז את הידיים והרגליים. פעילות המוח של משתתפי המחקר השתנתה כאשר נתנו פקודות, והמדענים הצליחו לעקוב אחר השינויים הללו.
התורם השני לווה מרובוטיקה. כדי לתפוס טוב יותר את סביבתם, המדענים ציידו את כיסאות הגלגלים שלהם בחיישנים. בנוסף, הם השתמשו בתוכנת בינה רובוטית כדי לעזור לכיסא הגלגלים לנסוע בצורה מדויקת ובטוחה על ידי מילוי הפערים בפקודות המשתמשים.
מילאן אמר, "זה עובד הרבה כמו רכיבה על סוס. הרוכב יכול להגיד לסוס לפנות שמאלה או להיכנס לשער. אבל הסוס יצטרך בסופו של דבר למצוא את הדרך האופטימלית לבצע את הפקודות הללו".
חברי הצוות בפרויקט כוללים את לוקה טונין מאוניברסיטת פדובה באיטליה; Serafeim Perdikis מאוניברסיטת אסקס בבריטניה; Taylan Deniz Kuzu, Jorge Pardo, Thomas Armin Schildhauer, Mirko Aach ו-Ramon Martínez-Olivera of Ruhr-Universität Bochum בגרמניה; Bastien Orset מ- École polytechnique fédérale de Lausanne בשוויץ; ו-Kyuhwa Lee ממרכז Wyss for Bio and Neuroengineering בשוויץ.
עיון ביומן:
- לוקה טונין וחב'. לימוד שליטה בכיסא גלגלים מונע על ידי BMI עבור אנשים עם טטרפלגיה חמורה. iScience. DOI: 10.1016/j.isci.2022.105418
