Sasaran komputer ke otak baru-baru ini membolehkan orang dengan kelemahan anggota badan yang teruk untuk mengetik melalui kawalan otak langsung pada tahap kelajuan dan ketepatan tertinggi yang dilaporkan setakat ini.

Dua daripada peserta mempunyai sklerosis lateral amyotrophic, yang juga dikenali sebagai penyakit Lou Gehrig, dan satu mempunyai kecederaan saraf tunjang.

Mereka masing-masing mempunyai satu atau dua susunan elektroda berukuran bayi-aspirin yang diletakkan di dalam otak mereka untuk merekodkan isyarat dari korteks motor, rantau yang mengawal pergerakan otot. Isyarat dihantar ke komputer melalui kabel dan diterjemahkan oleh algoritma ke dalam arahan titik dan klik yang membimbing kursor ke aksara pada papan kekunci pada skrin.

Setiap peserta, selepas latihan yang minimum, menguasai teknik ini dengan cukup untuk mengungguli keputusan mana-mana ujian sebelumnya antara muka otak-komputer, atau BCI, untuk meningkatkan komunikasi oleh orang yang mempunyai pergerakan yang sama terjejas. Terutama, mereka mencapai kadar menaip tanpa menggunakan bantuan automatik lengkap perkataan dalam aplikasi papan kekunci elektronik pada masa kini, yang mungkin akan meningkatkan prestasi mereka.

Seorang peserta, Dennis Degray dari Menlo Park, California, mampu menaip aksara 39 yang betul setiap minit, bersamaan dengan kira-kira lapan perkataan seminit.

Pendekatan point-and-click ini dapat diterapkan pada berbagai perangkat pengkomputeran, termasuk telefon pintar dan tablet, tanpa pengubahsuaian besar, kata para penyelidik. Penemuan mereka muncul dalam jurnal eLife.

"Ini seperti salah satu permainan video paling keren yang saya dapat bermain dengan. Dan saya tidak perlu membuat seperempatnya. "

"Kejayaan kajian kami menandakan kejayaan utama di jalan raya untuk meningkatkan kualiti hidup bagi orang yang mengalami kelumpuhan," kata Jaimie Henderson, profesor bedah saraf di Stanford University, yang melakukan dua daripada tiga prosedur implantasi peranti di Stanford Hospital. Yang ketiga berlaku di Massachusetts General Hospital.

"Kajian ini melaporkan kelajuan dan ketepatan tertinggi, dengan faktor tiga, berbanding apa yang telah ditunjukkan sebelum ini," kata pengarang bersama senior Krishna Shenoy, profesor kejuruteraan elektrik. "Kami menghampiri kelajuan di mana anda boleh menaip teks di telefon bimbit anda."

"Persembahannya sangat menarik," kata bekas ulama pasca doktoral Chethan Pandarinath, yang kini mempunyai temujanji bersama di Emory University dan Georgia Institute of Technology sebagai penolong profesor kejuruteraan bioperubatan. "Kami mencapai kadar komunikasi yang ramai orang dengan kelumpuhan tangan dan lumpuh tangan akan berguna. Itulah langkah penting untuk membuat peranti yang boleh digunakan untuk kegunaan dunia sebenar. "

Makmal Shenoy mempelopori algoritma yang digunakan untuk menguraikan jisim kompleks isyarat elektrik yang dipancarkan oleh sel-sel saraf dalam korteks motor, pusat arahan otak untuk pergerakan, dan mengubahnya secara real time menjadi tindakan yang biasanya dilaksanakan oleh saraf tunjang dan otot.

"Penggunaan algoritma BCI yang berprestasi tinggi ini dalam ujian klinik manusia menunjukkan potensi untuk kelas teknologi ini untuk memulihkan komunikasi kepada orang yang mengalami lumpuh," kata ulama pasca doktoral Paul Nuyujukian.

'Saya telah mengambil sampah di dalam hujan'

Berjuta-juta orang dengan lumpuh tinggal di Amerika Syarikat. Kadangkala lumpuh mereka datang secara beransur-ansur, seperti yang berlaku di ALS. Kadang-kadang tiba tiba, seperti dalam kes Degray.

Sekarang 64, Degray menjadi empat kali ganda pada bulan Oktober 10, 2007, ketika dia jatuh dan mengalami kecederaan tulang belakang yang mengubah hidup. "Saya telah mengambil sampah di dalam hujan," katanya. Memegang sampah di satu tangan dan kitar semula yang lain, dia tergelincir di rumput dan mendar ke dagunya. Kesan itu menyebabkan otaknya terluka tetapi cedera parahnya tulang belakang, memotong semua komunikasi antara otak dan ototnya dari kepala ke bawah. "Saya tidak mempunyai apa-apa yang berlaku di bawah tulang selangka," katanya.

Degray menerima dua implan peranti di tangan Henderson pada bulan Ogos 2016. Dalam beberapa sesi penyelidikan yang berikutnya, beliau dan dua peserta kajian yang lain, yang menjalani pembedahan yang sama, digalakkan untuk mencuba atau menggambarkan corak lengan, tangan dan pergerakan jari yang dikehendaki. Isyarat saraf yang dihasilkan dari korteks motor secara elektronik dikeluarkan oleh peranti rakaman tertanam, dihantar ke komputer dan diterjemahkan oleh algoritma Shenoy ke dalam arahan mengarahkan kursor pada papan kekunci pada skrin untuk aksara peserta yang ditentukan.

Rubah coklat cepat ...

Para penyelidik mengukur kelajuan di mana pesakit dapat dengan betul menyalin frasa dan ayat-contohnya, "Rubah coklat cepat melompat ke atas anjing malas." Kadar purata adalah perkataan 7.8 seminit bagi perkataan Degray dan 6.3 dan 2.7 seminit, masing-masing, untuk dua peserta lain.

Sistem penyiasatan yang digunakan dalam kajian ini, antara muka otak komputer intrakortikal yang dikenali sebagai BrainGate Neural Interface System, merupakan generasi terbaru BCI. Generasi sebelumnya mengambil isyarat terlebih dahulu melalui petunjuk elektrik yang diletakkan pada kulit kepala, kemudian dengan pembedahan diletakkan di permukaan otak di bawah tengkorak.

BCI intracortical menggunakan cip silikon kecil, lebih dari satu perenam dari segiempat inci, yang mana menonjol elektrod 100 yang menembusi otak kira-kira ketebalan seperempat dan memanfaatkan aktiviti elektrik sel-sel saraf individu dalam korteks motor.

Henderson menyamakan resolusi pendengaran neural yang lebih baik, berbanding dengan BCI generasi yang lebih tua, dengan menyerahkan meter tepukan kepada ahli individu dari penonton studio dan bukan hanya meletakkan mereka di siling, "jadi anda boleh mengatakan betapa kerasnya dan berapa cepat setiap orang dalam penonton bertepuk tangan. "

Sistem tanpa wayar 24 / 7

Hari akan datang-hampir lima tahun daripada 10 tahun dari sekarang, Shenoy meramalkan-apabila sistem pengawasan diri sendiri yang ditanam, sepenuhnya ditanamkan boleh digunakan tanpa bantuan penjaga, tidak mempunyai kesan kosmetik. dan boleh digunakan sepanjang masa.

"Saya tidak nampak sebarang cabaran yang tidak dapat diatasi," katanya. "Kami tahu langkah-langkah yang perlu diambil untuk ke sana."

Degray, yang terus berpartisipasi aktif dalam penyelidikan, tahu cara menaip sebelum kemalangannya tetapi tidak pakar di dalamnya. Dia menerangkan kehebatannya yang baru diturunkan dalam bahasa aficionado permainan video.

"Ini seperti salah satu permainan video paling keren yang pernah saya mainkan," katanya. "Dan saya juga tidak perlu meletakkan satu perempat di dalamnya."

Pembantu penyelidikan Stanford Christine Blabe juga merupakan penulis kajian, seperti penyelidik BrainGate dari Massachusetts General Hospital dan Case Western University.

Pembiayaan datang dari Institut Kesihatan Nasional, Pejabat Postdoctoral Pejabat Stanford, Yayasan Craig H. Neilsen, Program Latihan Saintis Perubatan Stanford, Stanford BioX-NeuroVentures, Institut Stanford untuk Neuro-Inovasi dan Neurosains Translasi, Institut Neurosains Stanford , Larry dan Pamela Garlick, Samuel dan Betsy Reeves, Institut Perubatan Howard Hughes, Jabatan Hal Ehwal Veteran AS, Institut MGH-Dean untuk Penyelidikan Bersepadu pada Fibrilasi Atrium dan Strok, dan Hospital Umum Massachusetts.

Pejabat Pelesenan Teknologi Stanford memegang harta intelek pada kemajuan kejuruteraan berkaitan BCI yang dibuat dalam makmal Shenoy.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Sumber: Bruce Goldman untuk Universiti Stanford

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon