Pomôcť by mohol mozgový implantát veľkosti papiera a umelá inteligencia
Autor: Andrada Lăutaru, streda 23. septembra 2020, 19:00 Posledná aktualizácia v stredu 23. septembra 2020, 07:08
Vedci z ústavu v San Franciscu napredujú v pokuse o vybudovanie partnerstva medzi dvoma vzdelávacími systémami - mozgom a počítačom - takým, ktorý by dal ochrnutým pacientom nádej, že budú opäť schopní ovládať svoje ruky a nohy.
Vedci z UC San Francisco Weill Institute of Neuroscience, ktorí pracujú na mozgovo riadenej protetickej končatine (BCI - mozgovo riadené rozhranie), preukázali, že techniky strojového učenia pomohli človeku s ochrnutím naučiť sa ovládať počítačový kurzor pomocou aktivity. mozgu, bez toho, aby vyžadovala rozsiahlu každodennú činnosť ako v predchádzajúcich rozhraniach, berie na vedomie publikáciu Nanowerk, ktorá sa špecializuje na nanotechnológie, odvetvie, ktoré sa okrem iného venuje výrobe malých, molekulárnych zariadení.
„Technológia BCI urobila v posledných rokoch výrazný pokrok, ale pretože existujúce systémy museli byť každý deň resetované a prekalibrované, nedokázali vstúpiť do procesov prirodzeného učenia mozgu. Je to ako požiadať niekoho, aby sa naučil jazdiť na bicykli znovu a znovu, a to od nuly, “uviedol hlavný autor štúdie Karunesh Ganguly, PhD, docent na neurologickej katedre UCSF. Nanowerk.
„Prispôsobiť systém umelého učenia tak, aby fungoval hladko pomocou sofistikovaných dlhodobých vzorcov učenia mozgu, je niečo, čo sa doteraz u človeka s paralýzou nepreukázalo,“ dodal.
Elektródové systémy umiestnené na povrchu mozgu
Dosiahnutie výkonu „plug and play“ demonštruje hodnotu takzvaných ECoG elektródových polí pre aplikácie BCI (brain-automated interface). Matrica ECoG obsahuje elektródový tampón veľkosti papiera, ktorý sa chirurgicky umiestni na povrch mozgu.
Umožňujú stabilné dlhodobé záznamy nervovej aktivity a boli schválené na sledovanie záchvatov u pacientov s epilepsiou, vysvetľuje Nanowerk.
V novom dokumente publikovanom v časopise Nature Biotechnology („Ovládanie rozhrania mozog-počítač pomocou technológie Plug-and-play stabilizáciou neurálnej mapy“) Gangulyho tím dokumentuje použitie elektródového poľa ECoG u jedinca s paralýzou všetkých štyroch končatín. (kvadrupplegia).
V tomto príspevku účastník použil implantát na ovládanie kurzora počítača na obrazovke.
Vedci vyvinuli algoritmus, ktorý pomocou strojového učenia porovnáva mozgovú aktivitu zaznamenanú elektródami ECoG s požadovanými pohybmi kurzora používateľom.
Vedci spočiatku postupovali podľa štandardnej praxe resetovania algoritmu každý deň. Účastník začal predstavovaním pohybov špecifických pre krk a zápästie pri sledovaní pohybu kurzora po obrazovke.
Počítačový algoritmus sa postupne aktualizoval tak, aby zodpovedal pohybom kurzora s aktivitou generovanou mozgom, čím sa efektívny presun kurzora k užívateľovi.
„Vnímame to ako pokus o vybudovanie partnerstva medzi dvoma vzdelávacími systémami - mozgom a počítačom -, ktoré nakoniec umožní, aby sa umelé rozhranie stalo rozšírením používateľa, napríklad jeho vlastnej ruky,“ uviedol. Ganguly, praktický neurológ, uvádza Nanowerk.
Takýto okamžitý výkon BCI typu „plug and play“ je už dlho cieľom v teréne, ale nebol na dosah, pretože elektródy používané väčšinou výskumníkov majú tendenciu sa časom pohybovať a meniť signály pozorované každou elektródou. Rovnako ako tieto elektródy vstupujú do mozgového tkaniva, imunitný systém má tendenciu ich odmietať a postupne ovplyvňovať ich signál, vysvetľuje rovnaký zdroj.
Elektródy ECoG sú menej citlivé ako tieto tradičné implantáty, ale zdá sa, že ich dlhodobá stabilita tento nedostatok kompenzuje. Stabilita záznamov ECoG môže byť ešte dôležitejšia pre dlhodobé riadenie zložitejších robotických systémov, ako sú umelé končatiny, čo je kľúčový cieľ ďalšej fázy výskumu spoločnosti Ganguly, hovorí Nanowerk.
„Vždy sme si uvedomovali potrebu navrhnúť technológiu, ktorá takpovediac neskončí v zásuvke, ale ktorá v skutočnosti zlepšuje každodenný život ochrnutých pacientov,“ uviedol Ganguly. „Tieto údaje ukazujú, že mozgovo riadené rozhrania založené na ECoG by mohli byť základom tejto technológie,“ uviedol neurológ podľa publikácie.