Мозковий імплантат розміром із папір та штучний інтелект можуть допомогти

Андрада Лутару, середа, 23 вересня 2020 р., 19:00 Останнє оновлення в середу, 23 вересня 2020 р., 07:08

мозковий

Дослідники з інституту Сан-Франциско прогресують у спробах побудувати партнерські стосунки між двома навчальними системами - мозком та комп’ютером, - що дало б паралізованим пацієнтам надію на те, що вони зможуть знову керувати руками та ногами.

Дослідники з Інституту нейронауки UC Сан-Франциско, працюючи над протезом кінцівки, керованої мозком (BCI - інтерфейс, керований мозком), показали, що методи машинного навчання допомогли людині з паралічем навчитися керувати комп'ютерним курсором за допомогою діяльності. мозку, не вимагаючи великої щоденної активності, як у попередніх інтерфейсах, зазначає публікація Nanowerk, яка спеціалізується на нанотехнологіях, галузі, яка займається, серед іншого, виробництвом малих молекулярних пристроїв.

“Технологія BCI досягла значного прогресу за останні роки, але оскільки існуючі системи доводилося щодня перезавантажувати та калібрувати, вони не змогли увійти в природні процеси навчання мозку. Це все одно, що попросити когось навчитися їздити на велосипеді знову і знову, починаючи з нуля », - сказала провідний автор дослідження Карунеш Гангулі, доктор медичних наук, доцент кафедри неврології UCSF. Нановерк.

"Адаптація штучної системи навчання для безперебійного функціонування за допомогою складних довгострокових моделей навчання мозку - це те, що досі не було продемонстровано у людини з паралічем", - додав він.

Електродні системи, розміщені на поверхні мозку

Досягнення продуктивності “plug and play” демонструє цінність так званих електронних масивів ECoG для програм BCI (інтерфейс, керований мозком). Матриця ECoG складається з паперового електродного тампона, який хірургічно розміщується на поверхні мозку.

Вони дозволяють стабільно довгостроково реєструвати нервову активність і були схвалені для моніторингу судом у пацієнтів з епілепсією, пояснює Нановерк.

У своїй новій роботі, опублікованій у Nature Biotechnology ("Підключіть і працюй контроль інтерфейсу мозок-комп’ютер шляхом стабілізації нейронної карти"), команда Гангулі задокументує використання масиву електродів ECoG у людини з паралічем усіх чотирьох кінцівок. (квадриплегія).
У цій роботі учасник використовував імплантат для управління курсором комп’ютера на екрані.

Дослідники розробили алгоритм, який використовує машинне навчання для узгодження мозкової активності, записаної електродами ECoG, з бажаними рухами курсора користувачем.

Спочатку дослідники дотримувались стандартної практики скидання алгоритму щодня. Учасник починав з уявлення рухів, характерних для шиї та зап’ястя, спостерігаючи, як курсор рухається по екрану.

Поступово комп’ютерний алгоритм оновився, щоб відповідати рухам курсора мозку, що генерується мозком, ефективно переносячи управління курсором на користувача.

"Ми розглядаємо це як спробу побудувати партнерські відносини між двома навчальними системами - мозком та комп'ютером - що врешті-решт дозволить штучному інтерфейсу стати продовженням користувача, наприклад, його власною рукою", - сказав він. Гангулі, практикуючий невролог, за словами Нановерка.

Такий негайний показник BCI «підключи і працюй» давно став метою у цій галузі, але він був недосяжним, оскільки електроди, що використовуються більшістю дослідників, як правило, рухаються з часом, змінюючи сигнали, що спостерігаються кожним електродом. Крім того, коли ці електроди потрапляють в мозкову тканину, імунна система, як правило, відхиляє їх, поступово впливаючи на їх сигнал, пояснює те саме джерело.

Електроди ECoG менш чутливі, ніж ці традиційні імплантати, але їх тривала стійкість, здається, компенсує цей недолік. Стабільність записів ECoG може бути ще важливішою для довгострокового контролю над складнішими робототехнічними системами, такими як штучні кінцівки, ключовою метою наступного етапу досліджень Гангулі, вважає Нановерк.

"Ми завжди усвідомлювали необхідність розробляти технологію, яка, так би мовити, не потрапляє в шухляду, але яка насправді покращує повсякденне життя паралізованих пацієнтів", - сказав Гангулі. "Ці дані показують, що інтерфейси, керовані мозком, засновані на ECoG, можуть лежати в основі такої технології", - заявив невролог, повідомляє видання.