Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στον τομέα του μη επεμβατικού ελέγχου των ρομποτικών συσκευών. Χρησιμοποιώντας μια μη επεμβατική διασύνδεση εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI), οι ερευνητές έχουν αναπτύξει το πρώτο επιτυχημένο ρομπότ βραχίονα που ελέγχεται από το μυαλό, επιδεικνύοντας τη δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης και παρακολούθησης ενός δρομέα υπολογιστή.
Η κατοχή μη χειραγωγικού ελέγχου ρομποτικών συσκευών με τη χρήση μόνο σκέψεων θα έχει ευρείες εφαρμογές, και θα ωφελήσει ιδιαίτερα τις ζωές παραλυμένων ασθενών και ασθενών με κινητικές διαταραχές.
Τα BCI έχουν αποδειχθεί ότι επιτυγχάνουν καλές επιδόσεις για τον έλεγχο ρομποτικών συσκευών χρησιμοποιώντας μόνο τα σήματα που ανιχνεύονται από εμφυτεύματα εγκεφάλου. Όταν οι ρομποτικές συσκευές μπορούν να ελέγχονται με μεγάλη ακρίβεια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ολοκληρώσουν μια ποικιλία καθημερινών εργασιών. Μέχρι τώρα, όμως, τα BCIs με επιτυχία στον έλεγχο ρομποτικών όπλων έχουν χρησιμοποιήσει επεμβατικά εμφυτεύματα εγκεφάλου. Αυτά τα εμφυτεύματα απαιτούν σημαντική ποσότητα ιατρικής και χειρουργικής εμπειρογνωμοσύνης για σωστή εγκατάσταση και λειτουργία, για να μην αναφέρουμε το κόστος και τους δυνητικούς κινδύνους για τους υποκείμενους και ως εκ τούτου η χρήση τους περιορίστηκε σε μερικές μόνο κλινικές περιπτώσεις.
Μια μεγάλη πρόκληση στην έρευνα BCI είναι να αναπτυχθεί λιγότερο επεμβατική ή και εντελώς μη επεμβατική τεχνολογία που θα επέτρεπε στους παραλυμένους ασθενείς να ελέγχουν το περιβάλλον τους ή τα ρομπότ άκρα χρησιμοποιώντας τις δικές τους «σκέψεις». Μια τέτοια μη επεμβατική τεχνολογία BCI, εάν είναι επιτυχημένη, θα φέρει τόσο απαιτούμενη τεχνολογία σε πολλούς ασθενείς και μάλιστα ενδεχομένως στον γενικό πληθυσμό.
Ωστόσο, τα BCI που χρησιμοποιούν μη επεμβατική εξωτερική ανίχνευση, αντί για εμφυτεύματα εγκεφάλου, λαμβάνουν σήματα "dirtier", οδηγώντας σε τρέχουσα χαμηλότερη ανάλυση και λιγότερο ακριβή έλεγχο. Έτσι, όταν χρησιμοποιείται μόνο ο εγκέφαλος για τον έλεγχο ενός ρομποτικού βραχίονα, ένα μη επεμβατικό BCI δεν αντέχει στη χρήση εμφυτευμένων συσκευών. Παρά ταύτα, οι ερευνητές της BCI έχουν σφυρηλατήσει μπροστά, το μάτι τους για το βραβείο μιας λιγότερο ή μη επεμβατικής τεχνολογίας που θα μπορούσε να βοηθήσει τους ασθενείς παντού σε καθημερινή βάση.
Ο Bin He, ο Καθηγητής και ο Διευθυντής του Τμήματος Βιοϊατρικής Μηχανικής στο πανεπιστήμιο Carnegie Mellon, επιτυγχάνει αυτόν τον στόχο, μια βασική ανακάλυψη κάθε φορά.
"Υπήρξαν σημαντικές εξελίξεις στο μυαλό ελεγχόμενων ρομποτικών συσκευών που χρησιμοποιούν εμφυτεύματα εγκεφάλου. Είναι εξαιρετική επιστήμη", λέει ο He. "Αλλά η μη επεμβατική είναι ο απώτερος στόχος. Οι προόδους στην νευρική αποκωδικοποίηση και η πρακτική χρησιμότητα του μη επεμβατικού ρομποτικού ελέγχου των βραχιόνων θα έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην τελική ανάπτυξη των μη επεμβατικών νευροβιοτικών".
Χρησιμοποιώντας νέες τεχνικές ανίχνευσης και μηχανικής μάθησης, ο ίδιος και το εργαστήριό του μπόρεσαν να αποκτήσουν πρόσβαση σε σήματα βαθιά μέσα στον εγκέφαλο, επιτυγχάνοντας μια υψηλή ανάλυση ελέγχου ενός ρομποτικού βραχίονα. Με τη μη επεμβατική νευροαπεικόνιση και το νέο μοντέλο συνεχούς αναζήτησης, ξεπερνά τα θορυβώδη σήματα EEG που οδηγούν σε σημαντική βελτίωση της νευρικής αποκωδικοποίησης με βάση το EEG και στη διευκόλυνση του συνεχούς ελέγχου ροπής 2D σε πραγματικό χρόνο.
Χρησιμοποιώντας ένα μη επεμβατικό BCI για τον έλεγχο ενός ρομποτικού βραχίονα που εντοπίζει έναν δρομέα σε μια οθόνη υπολογιστή, για πρώτη φορά έχει δείξει στα ανθρώπινα θέματα ότι ένας ρομποτικός βραχίονας μπορεί τώρα να ακολουθεί τον δρομέα συνεχώς. Ενώ τα ρομποτικά όπλα που ελέγχονταν από τον άνθρωπο με μη επεμβατικό τρόπο είχαν προηγουμένως ακολουθήσει έναν κινούμενο δρομέα σε σπασμωδές, διακριτές κινήσεις - σαν να προσπαθούσε ο ρομποτικός βραχίονας να «καλύψει» τις εντολές του εγκεφάλου - τώρα ο βραχίονας ακολουθεί τον δρομέα σε μια ομαλή, συνεχή μονοπάτι.
Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science Robotics, η ομάδα καθιέρωσε ένα νέο πλαίσιο που αντιμετωπίζει και βελτιώνει τα στοιχεία του εγκεφάλου και του υπολογιστή του BCI αυξάνοντας την εμπλοκή και την κατάρτιση των χρηστών καθώς και τη χωρική ανάλυση των μη επεμβατικών νευρωνικών δεδομένων μέσω της απεικόνισης πηγής EEG .
Το χαρτί, "Η μη επεμβατική νευροαπεικόνιση ενισχύει τη συνεχή νευρική παρακολούθηση για τον έλεγχο των ρομποτικών συσκευών", δείχνει ότι η μοναδική προσέγγιση της ομάδας για την επίλυση αυτού του προβλήματος όχι μόνο βελτίωσε τη μάθηση BCI κατά σχεδόν 60% για παραδοσιακά κεντρικά καθήκοντα, με πάνω από 500%.
Η τεχνολογία διαθέτει επίσης εφαρμογές που θα μπορούσαν να βοηθήσουν μια ποικιλία ανθρώπων, προσφέροντας ασφαλές, μη επεμβατικό "έλεγχο του νου" των συσκευών που μπορούν να επιτρέψουν στους ανθρώπους να αλληλεπιδρούν και να ελέγχουν το περιβάλλον τους. Η τεχνολογία έχει δοκιμαστεί μέχρι σήμερα σε 68 άτομα με άριστη φυσική κατάσταση (έως 10 συνεδρίες για κάθε θέμα), συμπεριλαμβανομένου του εικονικού ελέγχου συσκευών και ελέγχου ενός ρομποτικού βραχίονα για συνεχή αναζήτηση. Η τεχνολογία είναι άμεσα εφαρμόσιμη στους ασθενείς και η ομάδα σχεδιάζει να διεξάγει κλινικές δοκιμές στο εγγύς μέλλον.
"Παρά τις τεχνικές προκλήσεις που χρησιμοποιούν μη επεμβατικές ενδείξεις, είμαστε πλήρως αφοσιωμένοι στο να φέρνουμε αυτήν την ασφαλή και οικονομική τεχνολογία σε ανθρώπους που μπορούν να επωφεληθούν από αυτήν", λέει ο He. "Αυτή η εργασία αποτελεί ένα σημαντικό βήμα στις μη επεμβατικές διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή, μια τεχνολογία που κάποια μέρα μπορεί να γίνει μια διαδεδομένη βοηθητική τεχνολογία που βοηθά όλους, όπως τα smartphones".
Το έργο αυτό υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Εθνικό Κέντρο Συμπληρωματικής και Ολοκληρωμένης Υγείας του Εθνικού Ινστιτούτου Νευρολογικών Διαταραχών
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου