Видео: в революционном исследовании парализованные пациенты двигают роботизированной рукой своими собственными мыслями

Глубоко сосредоточившись, Кэти Хатчинсон уставилась на стакан с кофе на столе перед инвалидной коляской. Чашеобразный купол на ее голове приводил в действие ее небольшой нейронный имплантат, улавливая сигналы от ее моторной коры, когда она думала о том, чтобы держать кружку. Рука робота медленно начала двигаться.

Локоть качнулся вперед, запястье повернулось, и пальцы сомкнулись вокруг чашки. Мгновение спустя она сделала большой глоток — впервые после инсульта 15 лет назад она наслаждалась глотком кофе без помощи опекуна. Этот подвиг является частью продолжающегося клинического испытания с использованием системы нейронного интерфейса, первой демонстрации и первого опубликованного исследования людей, использующих сигналы своего мозга для управления роботизированной рукой. Это большой прорыв в нейробиологии и инженерии, и однажды он может помочь людям с параличом жить более независимо.

Технологии, управляемые мозгом, могут восстановить коммуникацию, мобильность и независимость таких пациентов, как Хатчинсон. как пациент S3, сказал доктор Ли Хохберг, профессор инженерии в Университете Брауна и невролог в Массачусетском генеральном университете. Больница. «Мы надеемся предоставить технологию, которая преобразует намерение двигаться, расшифрованное непосредственно из сигналов мозга, обратно в команды для управления вспомогательными устройствами или протезами конечностей», — сказал он.

Предыдущие исследования этой группы доказали, что парализованные пациенты могут управлять компьютерным курсором своими мыслями, а прошлой осенью нейробиологи из Медицинского центра Дьюка доказали, что обезьяны могли управлять роботизированной рукой своими мыслями. Эта новая статья, появившаяся сегодня в Природа, показывает, что это может работать на людях. По словам соавтора исследования Джона Донохью, руководившего разработкой технологии, известной как BrainGate, Хатчинсон пользовался имплантом пять лет. По его словам, тот факт, что он работал так долго — как имплантат, так и сама ее моторная кора — является обнадеживающим признаком.

«Спустя пятнадцать лет после того, как ее мозг отсоединился от конечностей после инсульта, она все еще могла создавать все нейронные сигналы», — сказал он.

Массив BrainGate, имплантированный в моторную кору, состоит из почти 100 электродов на чипе размером с детскую аспириновую капсулу. Он нацелен всего на несколько десятков нейронов.

Массив BrainGate

Массив BrainGate, имплантированный в моторную кору, состоит из почти 100 электродов на чипе размером с детскую аспириновую капсулу. Он нацелен всего на несколько десятков нейронов.

Эта технология все еще далека от широкого использования, но Донохью и Хохберг заявили на пресс-конференции, что они воодушевлены ее успехом.

Чтобы перевести мысли пациентов, ученым пришлось пройти серию тренировочных упражнений по расшифровке их нейронных сигналов. Двое пациентов наблюдали за двумя отдельными роботизированными руками, разработанными Институтом робототехники DLR. и мехатроники в Германии, а другой - DEKA Research and Development Corp., также известной как рука ДАРПА. Ученые контролировали движение рук, а пациентов просили представить, что они совершают те же самые движения.

«Это вызывает электрическую схему в их мозгу, а затем мы говорим роботу: «Эта схема означает движение робота», — сказал Донохью. «Когда люди думают о движении, их мозг выявляет паттерны, которые выглядят для нас так, как если бы вы действительно двигались, но, конечно же, никакого движения не происходит. Моторная кора работает нормально даже спустя годы после таких событий, как инсульт или травма спинного мозга».

Хатчинсон, которой 58 лет, перенесла инсульт ствола головного мозга, лишивший ее речи и движений ниже шеи. Иногда она испытывает непроизвольные движения руками, но это не поддается контролю. Другой субъект, 66-летний мужчина, известный как Т2, также перенес инсульт ствола мозга, лишивший его движений и речи. Первоначально после инсульта оба пациента страдали синдромом запертости, ограниченным мелкими движениями глаз. По словам Хохберга, пациент T2 общается, отвечая на отдельные буквы, когда вслух читается алфавит; Хатчинсон немного поправилась, движения ее шеи ограничены.

Когда нейронные сигналы пациентов были расшифрованы, их попросили использовать руки, чтобы протянуть руки и схватить пенопластовые мишени, которые были помещены перед ними. Затем Хатчинсон также провел эксперимент с кофе. Это было 12 апреля 2011 года, сказал Хохберг. Смотрите в видео ниже. Незадолго до двухминутной отметки через соломинку вытекает жидкость. Выражение ее лица говорит само за себя, сказал Хохберг.

В 158 попытках в течение четырех дней она смогла коснуться мишени за отведенное время в 48,8 процентах случаев. время с использованием манипулятора DLR и 69,2% случаев с манипулятором DEKA, согласно бумага. В 45 испытаниях с использованием руки DEKA T2 касался цели в 95,6 процентах случаев.

«Я просто представил, как двигаю собственной рукой, и рука [DEKA] двигалась туда, куда я хотел», — сказал он позже.

Патрик ван дер Смагт, глава отдела бионики и вспомогательной робототехники в DLR и Мюнхенском техническом университете, сказал, что цель состоит в том, чтобы использовать роботизированную руку с интуитивно понятным движением. По его словам, будущие итерации могут предоставить руке повышенную автономию, расшифровывая намерения пациента более высокого уровня.

«По сигналам, которые у вас есть, вы можете прочитать больше, чем движения — вы можете прочитать намерение движений. Если вы движетесь к чашке, ясно, что вы хотите подойти к чашке, чтобы схватить ее», — сказал он.

Работа финансировалась Департаментом по делам ветеранов и Национальными институтами здравоохранения.

По словам Хохберга, конечной целью является меньшая, возможно, имплантируемая система, которая даст парализованному пациенту или человеку с потерей конечности полный контроль над окружающей его или ее средой.

«Настоящая мечта — однажды снова соединить мозг с конечностями, чтобы передать эти мощные сигналы от моторной коры к периферическим нервам. Кто-то с параличом сможет протянуть руку и поднять эту кофейную чашку своей конечностью, по собственной воле», — сказал он.

Последнее сообщение в блоге

Как сделать свои собственные фотографии Липпмана
July 30, 2023

Художник Ник Брандрет объясняет исторический альтернативный фотографический процесс, называемый методом Липпмана. Этот пост изначально был размеще...

Награды за изобретения: Робоноги
July 30, 2023

Амит Гоффер «Люди мне не верили. Они пытались разработать эти экзоскелеты для парализованных в течение 50 лет». Сегодняшнее избранное Награда за ...

Центральный парк должен адаптироваться к изменению климата
July 20, 2023

Климатическая лаборатория Центрального парка будет изучать влияние аномальной жары, рекордных дождей и цветения водорослей, надеясь помочь другим ...