Hjerne-computer-grænseflade gør det muligt for mennesker med lammelse at styre tablet-enheder

Tabletter og andre mobile computerenheder er en del af hverdagen, men brug af dem kan være svært for mennesker med lammelse. Ny forskning fra BrainGate-konsortiet viser, at en hjerne-computer-grænseflade (BCI) kan sætte mennesker med lammelse i stand til direkte at betjene en tablet-enhed på hylden, bare ved at tænke på at lave markørbevægelser og klik.

I en undersøgelse offentliggjort 21. november i PLOS ONE , tre deltagere i kliniske forsøg med tetraplegi, hver af dem brugte den undersøgelsesmæssige BrainGate BCI, der registrerer neural aktivitet direkte fra en lille sensor placeret i motor cortex, var i stand til at navigere gennem almindeligt anvendte tabletprogrammer, herunder e -mail, snak, musikstreaming og videodeling-apps. Deltagerne sendte beskeder til familien, venner, medlemmer af forskergruppen og deres meddeltagere. De surfede på nettet, tjekket vejret og handlede online. En deltager, en musiker, spillede et stykke af Beethovens "Ode to Joy" på et digitalt klaverinterface.

"Årevis, BrainGate-samarbejdet har arbejdet på at udvikle neurovidenskaben og neuroengineering-knowhow, så folk, der har mistet motoriske evner, kan styre eksterne enheder ved blot at tænke på bevægelsen af ​​deres egen arm eller hånd, "sagde Dr. Jaimie Henderson, seniorforfatter af papiret og en neurokirurg ved Stanford University. "I dette studie, Vi har udnyttet denne knowhow til at genoprette folks evne til at kontrollere de nøjagtig samme dagligdagsteknologier, som de brugte, før deres sygdom begyndte. Det var dejligt at se deltagerne udtrykke sig eller bare finde en sang, de gerne vil høre. "

Undersøgelses BrainGate BCI indeholder et implantat i baby-aspirin-størrelse, der registrerer de signaler, der er forbundet med tiltænkte bevægelser, der produceres i hjernens motoriske cortex. Disse signaler afkodes og dirigeres derefter til eksterne enheder. BrainGate -forskere og andre grupper, der bruger lignende teknologier, har vist, at enheden kan sætte folk i stand til at flytte robotarme eller genvinde kontrollen over deres egne lemmer, på trods af at have mistet motoriske evner fra sygdom eller skade. Denne undersøgelse fra samarbejdet omfatter forskere, ingeniører og læger fra Brown University's Carney Institute for Brain Science, Providence Veterans Affairs Medical Center (PVAMC), Massachusetts General Hospital (MGH) og Stanford University.

To af deltagerne i denne seneste undersøgelse havde svaghed eller tab af bevægelse af deres arme og ben på grund af amyotrofisk lateral sklerose (ALS), en progressiv sygdom, der påvirker nerverne i hjernen og rygsøjlen, der styrer bevægelse. Den tredje deltager blev lammet på grund af en rygmarvsskade. Alle blev indskrevet i et klinisk forsøg med det formål at vurdere sikkerheden og gennemførligheden af ​​undersøgelses BrainGate -systemet.

Til denne undersøgelse, neurale signaler fra BrainGate BCI blev dirigeret til en Bluetooth -grænseflade konfigureret til at fungere som en trådløs mus. Den virtuelle mus blev derefter parret med en umodificeret Google Nexus 9 -tablet. Deltagerne blev derefter bedt om at udføre et sæt opgaver designet til at se, hvor godt de var i stand til at navigere inden for en række almindeligt anvendte apps, og gå fra app til app. Deltagerne gennemse musikvalg på en streamingtjeneste, søgte efter videoer på YouTube, rullet gennem en nyhedsaggregator og sammensatte e -mails og chats.

Undersøgelsen viste, at deltagerne var i stand til at foretage op til 22 peg-og-klik-valg i minuttet, mens de brugte en række forskellige apps. I tekstapps, deltagerne var i stand til at skrive op til 30 effektive tegn i minuttet ved hjælp af standard e -mail- og tekstgrænseflader.

Deltagerne rapporterede, at de fandt grænsefladen intuitiv og sjov at bruge, undersøgelsen noteret. En sagde, "Det føltes mere naturligt end de gange, jeg husker at bruge en mus." En anden rapporterede at have "mere kontrol over dette end hvad jeg normalt bruger."

Forskerne var glade for at se, hvor hurtigt deltagerne brugte tablet -grænsefladen til at udforske deres hobbyer og interesser.

"Det var dejligt at se vores deltagere komme igennem de opgaver, vi bad dem om at udføre, men den mest glædelige og sjove del af undersøgelsen var, da de bare gjorde, hvad de ville gøre - ved hjælp af de apps, de kunne lide til shopping, se videoer eller bare chatte med venner, "sagde hovedforfatter Dr. Paul Nuyujukian, en bioingeniør i Stanford. "En af deltagerne fortalte os i begyndelsen af ​​forsøget, at en af ​​de ting, hun virkelig ville gøre, var at spille musik igen. Så at se hende spille på et digitalt keyboard var fantastisk."

Den kendsgerning, at tablet -enhederne var helt uændrede og havde al forudindlæst tilgængelighedssoftware slukket, var en vigtig del af undersøgelsen, sagde forskerne.

"De hjælpemidler, der er tilgængelige i dag, mens de er vigtige og nyttige, er alle i sig selv begrænsede med hensyn til enten den brugshastighed, de muliggør, eller fleksibiliteten i grænsefladen, "sagde Krishna Shenoy, en seniorforfatter af papiret og en elektrotekniker og neurovidenskabsmand ved Stanford University og Howard Hughes Medical Institute. "Det er i høj grad på grund af de begrænsede indgangssignaler, der er tilgængelige. Med rigdom af input fra BCI, vi kunne bare købe to tablets på Amazon, Tænd for Bluetooth, og deltagerne kunne bruge dem med vores undersøgelses BrainGate -system lige ud af kassen. "

The researchers say that the study also has the potential to open important new lines of communication between patients with severe neurological deficits and their health care providers.

"This has great potential for restoring reliable, rapid and rich communication for somebody with locked-in syndrome who is unable to speak, " said Jose Albites Sanabria, who performed this research as a graduate student in biomedical engineering at Brown University. "That not only could provide increased interaction with their family and friends, but can provide a conduit for more thoroughly describing ongoing health issues with caregivers."

As a neuroscientist and practicing critical care neurologist, senior author Dr. Leigh Hochberg of Brown University, Massachusetts General Hospital and the Providence VA Medical Center sees tremendous potential for the restorative capabilities of BCIs exemplified in this study.

"When I see somebody in the neuro-intensive care unit who has had an acute stroke and has lost the ability to move or communicate, I'd like to be able to say, 'I'm very sorry this has happened, but we can restore your ability to use the technologies you were using before this happened, and you'll be able to use them again tomorrow, '" Hochberg said. "And we are getting closer to being able to tell someone who has been diagnosed with ALS, 'even while we continue to seek out a cure, you will never lose the ability to communicate.' This work is a step toward those goals."