Ежедневное использование роботов и нейропротезов, управляемых мозгом, является важнейшим обещанием интерфейса «мозг-машина» (ИМТ) для людей, страдающих тяжелыми двигательными нарушениями. Новое исследование, проведенное Техасский университет в Остине делает шаг вперед в создании интерфейсов «мозг-машина» — компьютерных систем, которые превращают умственную деятельность в действие.
В этом исследовании несколько человек с ограниченными двигательными возможностями могли управлять инвалидной коляской, которая переводит их мысли в движение. Исследование также важно из-за неинвазивного оборудования, используемого для работы. инвалидное кресло.
Хосе дель Р. Миллан, профессор кафедры электротехники и компьютерной инженерии семьи Чандра Инженерной школы Кокреллов, возглавлявший международную исследовательскую группу, сказал: «Мы продемонстрировали, что люди, которые будут конечными пользователями этих типов устройств, смогут ориентироваться в естественной среде с помощью интерфейс мозг-машина".
Идея инвалидной коляски с мысленным приводом исследовалась уже много лет. Тем не менее, большинство усилий опирались на людей, не являющихся инвалидами, или на стимулы, которые заставляют инвалидную коляску контролировать пользователя, а не наоборот.
В этом случае три человека с тетраплегией — неспособностью двигать руками и ногами из-за травм позвоночника — управляли инвалидной коляской с разной степенью успеха в хаотичной, естественной обстановке. Интерфейс поймал их мозговой деятельности, а алгоритм машинного обучения превратил его в инструкции по управлению инвалидной коляской.
Ученые отметили, «Это признак будущей коммерческой жизнеспособности интеллектуальных инвалидных колясок, которые могут помочь людям с ограниченными двигательными функциями».
«Исследование также важно из-за неинвазивного оборудования, используемого для управления инвалидной коляской».
Удивительно, но ученые не имплантировали участникам какие-либо устройства и не использовали к ним какую-либо стимуляцию. Участники должны были носить кепки с электродами, которые записывали электрическую активность мозга. электроэнцефалограмма (ЭЭГ). Эти электрические сигналы были усилены и переданы на компьютер, преобразуя мысли каждого участника в действие.
Две важные динамики внесли основной вклад в успех исследования. Первый предполагает программу обучения пользователей.
Техникам визуализации перемещения стула пользователей обучали так же, как они учились двигать руками и ногами. Мозговая активность участников исследования менялась, когда они давали команды, и ученые смогли отслеживать эти изменения.
Второй участник позаимствовал информацию из области робототехники. Чтобы лучше понимать окружающую обстановку, ученые оснастили свои инвалидные коляски датчиками. Кроме того, они использовали программное обеспечение для роботизированного интеллекта, чтобы помочь инвалидной коляске передвигаться точно и безопасно, заполняя пробелы в командах пользователей.
Миллан — сказал, «Это очень похоже на езду на лошади. Всадник может приказать лошади повернуть налево или войти в ворота. Но в конечном итоге лошади придется найти оптимальный способ выполнения этих команд».
В состав команды проекта входят Лука Тонин из Университета Падуи в Италии; Серафеим Пердикис из Эссекского университета в Соединенном Королевстве; Тайлан Дениз Кузу, Хорхе Пардо, Томас Армин Шильдхауэр, Мирко Аах и Рамон Мартинес-Оливера из Рурского университета в Бохуме в Германии; Бастьен Орсе из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии; и Кюхва Ли из Центра био и нейроинженерии Висса в Швейцарии.
Справочник журнала:
- Лука Тонин и др. Обучение управлению инвалидной коляской с приводом от ИМТ для людей с тяжелой тетраплегией. iScience, DOI: 10.1016 / j.isci.2022.105418
