Araştırmacılar, Yüksek Bant Genişliğine Sahip Kablosuz Beyin-Bilgisayar Arayüzünün İlk İnsan Kullanımını Gösterdi

Beyin-bilgisayar arayüzleri (BCI’ler), felçli kişilerin sadece kendi vücutlarını hareket ettirmeyi düşünerek bilgisayar ekranlarına yazı yazmalarına veya robotik protezleri manipüle etmelerine olanak tanıyan yeni bir yardımcı teknolojidir. Yıllar boyunca, klinik deneylerde kullanılan araştırma amaçlı BCI’lar, beyindeki algılama dizisini sinyalleri çözen ve harici cihazları çalıştırmak için kullanan bilgisayarlara bağlamak için kablolar gerektirdi.

BrainGate klinik denemesindeki bir katılımcı, normalde beynin içindeki sensörlerden gelen sinyalleri iletmek için kullanılan kabloların yerini alan kablosuz vericileri kullanıyor. Kredi: Braingate.org

Şimdi, ilk kez, tetraplejili BrainGate klinik deneme katılımcıları, harici bir kablosuz verici ile intrakortikal kablosuz BCI kullanımını gösterdiler. Sistem, kullanıcıyı fiziksel olarak bir kod çözme sistemine bağlamadan beyin sinyallerini tek nöron çözünürlüğünde ve tam geniş bant doğrulukla iletebilir. Geleneksel kablolar, en büyük boyutunda yaklaşık 2 inç küçük bir verici ile değiştirilir ve 1,5 ons’un biraz üzerinde ağırlığa sahiptir. Ünite, bir kullanıcının kafasının üstüne oturur ve kablolu sistemler tarafından kullanılan aynı portu kullanarak beynin motor korteksindeki bir elektrot dizisine bağlanır.

Biyomedikal Mühendisliği üzerine IEEE İşlemleri’nde yayınlanan bir çalışmada, felçli iki klinik deneme katılımcısı, standart bir tablet bilgisayara işaret etmek, tıklamak ve yazmak için kablosuz bir verici ile BrainGate sistemini kullandı. Çalışma, kablosuz sistemin sinyalleri kablolu sistemlerle neredeyse aynı doğrulukla ilettiğini ve katılımcıların da benzer işaretle ve tıkla doğruluğu ve yazma hızları elde ettiğini gösterdi.

BrainGate’in bir üyesi olan Brown Üniversitesi’nde mühendislik (araştırma) yardımcı doçenti olan John Simeral, “Bu kablosuz sistemin, BCI performansında yıllardır altın standart olan kablolu sistemlere işlevsel olarak eşdeğer olduğunu gösterdik,” dedi. araştırma konsorsiyumu ve çalışmanın baş yazarı. “Sinyaller, uygun şekilde benzer doğrulukla kaydedilir ve iletilir; bu, kablolu ekipmanla kullandığımız aynı kod çözme algoritmalarını kullanabileceğimiz anlamına gelir. Tek fark, insanların artık ekipmanımıza fiziksel olarak bağlanmasına gerek kalmaması ve bu da yeni olasılıklar açmasıdır. “

Araştırmacılar, çalışmanın BCI araştırmasında büyük bir hedefe doğru erken ama önemli bir adımı temsil ettiğini söylüyor: hareket etme yeteneğini kaybeden insanlar için bağımsızlığı geri kazanmaya yardımcı olan tamamen implante edilebilir bir intrakortikal sistem. Daha önce daha düşük bant genişliğine sahip kablosuz cihazlar bildirilmiş olsa da, bu, bir intrakortikal sensör tarafından kaydedilen sinyallerin tüm spektrumunu ileten ilk cihazdır. Bu yüksek geniş bantlı kablosuz sinyal, kablolu BCI’larla gerçekleştirilmesi çok daha zor olan klinik araştırmalara ve temel insan sinirbilimine olanak tanır.


Yeni çalışma, bu yeni olasılıklardan bazılarını gösterdi. Her ikisi de omurilik yaralanmaları nedeniyle felç olan 35 yaşında bir erkek ve 63 yaşında bir adam olan deneme katılımcıları, BCI araştırmalarının çoğunun yapıldığı laboratuvar ortamının aksine, sistemi evlerinde kullanabildiler. Kablolarla engellenmeyen katılımcılar, BCI’yi 24 saate kadar sürekli olarak kullanabildiler ve araştırmacılara, katılımcıların uyuduğu süre dahil olmak üzere uzun süreli veriler sağladı.

Brown’da bir mühendislik profesörü, Brown’s Carney Institute for Brain Science’da araştırmacı ve BrainGate klinik deneyinin lideri olan Leigh Hochberg, “Sinir sinyallerinin zaman içinde nasıl geliştiğini anlamak istiyoruz,” dedi. “Bu sistemle, daha önce neredeyse imkansız olan bir şekilde evde uzun dönemlerdeki beyin aktivitesine bakabiliyoruz. Bu, iletişimin sorunsuz, sezgisel ve güvenilir bir şekilde yeniden kurulmasını sağlayan kod çözme algoritmaları tasarlamamıza yardımcı olacaktır. ve felçli insanlar için hareketlilik. “

Çalışmada kullanılan cihaz ilk olarak Brown’da Brown’s School of Engineering’de profesör olan Arto Nurmikko’nun laboratuvarında geliştirildi. Brown Wireless Device (BWD) olarak adlandırılan bu cihaz, minimum güç çekerken yüksek kaliteli sinyalleri iletmek için tasarlandı. Mevcut çalışmada, birlikte kullanılan iki cihaz, 36 saatin üzerinde bir pil ömrü ile 200 elektrottan saniyede 48 megabit sinir sinyalleri kaydetti.

BWD, temel sinirbilim araştırmalarında birkaç yıldır başarıyla kullanılsa da, sistemi BrainGate denemesinde kullanmadan önce ek testler ve düzenleyici izinler gerekiyordu. Nurmikko, insan kullanımına yönelik adımın BCI teknolojisinin gelişiminde önemli bir anı işaret ettiğini söylüyor.

Nurmikko, “İnsan kullanımı için beyin-makine arayüzlerinin sınırlarını zorlayan bir ekibin parçası olma ayrıcalığına sahibim” dedi. “Daha da önemlisi, makalemizde açıklanan kablosuz teknoloji, beyin için tamamen implante edilmiş yüksek yoğunluklu kablosuz elektronik arayüzler gibi gelecek nesil nöroteknolojilerin peşinde koşarken önümüzde duran yol için çok önemli bilgiler edinmemize yardımcı oldu.”

Yeni çalışma, Brown, Stanford ve Case Western Reserve üniversitelerinin yanı sıra Providence Veterans Affairs Medical Center ve Massachusetts General Hospital’dan disiplinler arası bir araştırmacı grubu olan BrainGate konsorsiyumu ile araştırmacılar tarafından bir başka önemli ilerlemeye işaret ediyor. Ekip 2012 yılında, klinik deney katılımcılarının ilk kez bir BCI kullanarak çok boyutlu robotik protezleri çalıştırabildikleri dönüm noktası niteliğindeki bir araştırma yayınladı. Bu çalışmayı, sistemde sürekli iyileştirmelerin yanı sıra, insanların bilgisayarlarda yazı yazmasına, tablet uygulamalarını kullanmasına ve hatta kendi felçli uzuvlarını hareket ettirmesine olanak tanıyan yeni klinik buluşlar izledi.

“İntrakortikal BCI’lerin bir tel kablo gerektirmekten bunun yerine minyatür bir kablosuz vericiye evrilmesi, tamamen implante edilmiş, yüksek performanslı nöral arayüzlerin işlevsel kullanımına doğru büyük bir adımdır” dedi. Stanford ve şimdi Apple’da bir donanım mühendisi. “Alan, yardımcı cihaz kontrolünün doğruluğunu korurken iletilen bant genişliğini azaltmaya doğru ilerlediğinden, bu çalışma, pratik BCI kullanımı da dahil olmak üzere uzun süreler boyunca kortikal sinyallerin tam genişliğini yakalayan birkaç çalışmadan biri olabilir.”

Araştırmacılar, yeni kablosuz teknolojinin şimdiden beklenmedik şekillerde kazanç sağladığını söylüyor. Katılımcılar, kablolu bağlantıyı sürdürmek için ellerinde bir teknisyen olmadan kablosuz cihazı evlerinde kullanabildikleri için, BrainGate ekibi COVID-19 salgını sırasında çalışmalarına devam edebildi.

Aynı zamanda Massachusetts General Hospital’da kritik bakım nöroloğu ve V.A.’nın direktörü olan Hochberg, “Mart 2020’de, araştırma katılımcılarımızın evlerini ziyaret edemeyeceğimiz ortaya çıktı,” dedi. Nörorestorasyon ve Nöroteknoloji Rehabilitasyon Araştırma ve Geliştirme Merkezi. “Ancak, bakıcılara kablosuz bağlantının nasıl kurulacağı konusunda eğitim vererek, bir deneme katılımcısı, ekibimizin üyeleri fiziksel olarak orada bulunmadan BCI’yi kullanabildi. Bu nedenle, araştırmamıza devam edebildik, bu teknoloji tam anlamıyla devam etmemizi sağladı. daha önce sahip olduğumuz bant genişliği ve aslına uygunluk. “

Simeral, “Birden fazla şirket BCI alanına harika bir şekilde girdi ve bazıları, tamamen implante edilmiş olanlar da dahil olmak üzere, düşük bant genişliğine sahip kablosuz sistemlerin insanlar tarafından kullanıldığını zaten gösterdi. Bu raporda, yüksek bant genişliği kullanmaktan heyecan duyuyoruz. gelecekteki sistemler için bilimsel ve klinik yetenekleri geliştiren kablosuz sistem. “

Brown, cihazı dünyanın dört bir yanındaki sinirbilim araştırmacılarının kullanımına sunmak için Blackrock Microsystems ile bir lisans anlaşmasına sahiptir. BrainGate ekibi, cihazı devam eden klinik deneylerde kullanmaya devam etmeyi planlıyor.

Yorum Yaz

%d blogcu bunu beğendi: