Команда исследователей из Университета Карнеги-Меллона в сотрудничестве с Университетом Миннесоты совершила прорыв в области толкования управления роботизированными устройствами. Используя бесконтактный интерфейс мозг-компьютер, исследователи разработали первую в мире успешную роботизированную руку с контролируемым разумом, демонстрирующую способность непрерывно отслеживать и следовать за курсором компьютера.
Возможность бесконтактное управления роботизированными устройствами с использованием только мыслей будет иметь широкое применение, в частности принося пользу жизни парализованных пациентов и людей с нарушениями движения.
Было показано, что BCI достигают хороших показателей для управления роботизированными устройствами, используя только сигналы, воспринимаемые от мозговых имплантатов. Когда роботизированными устройствами можно управлять с высокой точностью, их можно использовать для выполнения различных повседневных задач. До сих пор, однако, BCI, успешно управляющие роботизированными руками, использовали инвазивные имплантаты мозга. Эти имплантаты требуют значительного медицинского и хирургического опыта для правильной установки и эксплуатации, не говоря уже о стоимости и потенциальных рисках для субъектов, и поэтому их использование было ограничено лишь несколькими клиническими случаями.
Главная задача исследований BCI заключается в разработке менее контактного или даже полностью бесконтактной технологии , которая позволила бы парализованным пациентам контролировать свое окружение или роботизированные конечности, используя свои собственные «мысли». Такая бесконтактная технология BCI, в случае успеха, принесла бы столь необходимую технологию многочисленным пациентам и даже потенциально населению.
Однако BCI, которые используют бесконтактное внешнее зондирование, а не мозговые имплантаты, получают «более грязные» сигналы, что приводит к более низкому разрешению и менее точному контролю . Таким образом, при использовании только мозга для управления бесконтактной роботизированной рукой BCI не выдерживает использование имплантированных устройств. Несмотря на это, исследователи BCI продвинулись вперед, взглянув на приз менее или бесконтактной технологии, которая могла бы ежедневно помогать пациентам во всем мире.
«Были достигнуты значительные успехи в управлении роботизированными устройствами с использованием мозговых имплантатов. Это отличная наука», - говорит он. «Но неконтактность является конечной целью. Достижения в области нейронного декодирования и практическая полезность бесконтактного контроля над роботизированными руками будут иметь серьезные последствия для возможного развития бесконтактной нейороботики».
Используя новые методы восприятия и машинного обучения, он и его лаборатория смогли получить доступ к сигналам глубоко внутри мозга, достигнув высокого разрешения управления роботизированной рукой. Благодаря бесконтактной нейровизуализации и новой парадигме непрерывного преследования, он преодолевает шумные сигналы ЭЭГ, что приводит к значительному улучшению нейронного декодирования на основе ЭЭГ и облегчает непрерывное управление роботизированными устройствами в режиме реального времени в режиме реального времени.
Используя бесконтактный BCI для управления роботизированной рукой, которая отслеживает курсор на экране компьютера, он впервые показал людям, что роботизированная рука теперь может непрерывно следовать за курсором. В то время как роботизированные руки, контролируемые людьми, бесконтактно, ранее следовали за движением курсора резкими, дискретными движениями - как будто роботизированная рука пыталась «догнать» команды мозга - теперь рука следует за курсором плавным непрерывным путем.
В статье, опубликованной в Science Robotics , команда создала новую платформу, которая направлена на улучшение «мозговых» и «компьютерных» компонентов BCI за счет повышения вовлеченности пользователей и их обучения, а также пространственного разрешения неинвазивных нейронных данных посредством визуализации источников ЭЭГ. ,
Документ «Бесконтактная нейровизуализация улучшает непрерывное нейронное слежение для управления роботизированными устройствами» показывает, что уникальный подход команды к решению этой проблемы не улучшил обучение BCI почти на 60% для традиционных задач центрирования, а также улучшил непрерывное отслеживание компьютерного курсора более чем на 500%.
Эта технология также имеет приложения, которые могут помочь различным людям, предлагая безопасное, бесконтактное «управление разумом» устройств, которое позволяет людям взаимодействовать и контролировать свою среду. На сегодняшний день технология была опробована на 68 работоспособных людях(до 10 сеансов для каждого субъекта), включая управление виртуальным устройством и управление роботизированной рукой для непрерывного преследования. Технология непосредственно применима к пациентам, и команда планирует провести клинические испытания в ближайшем будущем.
«Несмотря на технические проблемы с использованием бесконтактных сигналов, мы полностью привержены тому, чтобы донести эту безопасную и экономичную технологию до людей, которые могут извлечь из нее пользу», - говорит он. «Эта работа представляет собой важный шаг в бесконтактных интерфейсах мозг-компьютер, технологии, которая когда-нибудь может стать повсеместной вспомогательной технологией, помогающей всем, как смартфоны».
