В данной работе мы выделяем четыре области применения, в которых вспомогательная технология BCI может оказать реальное, измеримое воздействие на людей с двигательными нарушениями, а именно: "Коммуникация и управление", "Замена двигательной функции", "Развлечения" и "Восстановление двигательной функции".
Гибрид BCI
Какую помощь может оказать BCI инвалидам? Несмотря на прогресс в области АТ, все еще существует большое количество людей с тяжелой степенью моторной инвалидности, которые не могут в полной мере воспользоваться преимуществами АТ в связи с их ограниченным доступом к текущим вспомогательным продуктам (АТ).
Для них BCI является решением. Однако, несмотря на впечатляющие демонстрации технологии BCI по всему миру, современное состояние таково, что BCI в одиночку не может заставить пациентов взаимодействовать с ассистивными устройствами и управлять ими в течение длительного времени и без экспертной помощи. Но это не означает, что для BCI нет места. Решение заключается в том, чтобы использовать BCI в качестве дополнительного канала. Такой гибридный подход, при котором обычные AТ (оперируемые с использованием некоторой остаточной мышечной функциональности) усилены технологией BCI, приводит к тому, что мы называем гибридным BCI (hBCI).
В качестве общего определения, hBCI - это комбинация различных сигналов, включающая, по крайней мере, один канал BCI.
Таким образом, это может быть комбинация двух каналов BCI, но, что более важно, также комбинация BCI и других биосигналов [таких как электромиографические (ЭМГ) и т.д.] или специальных устройств ввода AT (например, джойстиков, переключателей и т.д.). Каналы управления (BCI и другие методы) могут управлять различными частями вспомогательного устройства или все они могут быть объединены, чтобы позволить пользователям плавно переключаться с одного канала управления на другой в зависимости от их предпочтений и производительности.
- Примером первого случая является нейропротез, который использует остаточные движения для достижения объектов и BCI для захвата.
- Во втором случае пациент с мышечной дистрофией может предпочесть говорить утром и переключиться на BCI во второй половине дня, когда усталость не позволяет ему говорить разумно.
Более того, в случае прогрессирующей потери мышечной активности [как при мышечной дистрофии, боковом амиотрофическом склерозе (АТС) и атрофиях мышц позвоночника] ранняя тренировка BCI в то время, когда пользователь еще может использовать свои остаточные моторные функции, увеличит долгосрочное использование АТ за счет сглаживания перехода между гибридным вспомогательным устройством и чистым BCI, когда мышечная активность слишком слаба, чтобы управлять АТ.
Эффективным способом для hBCI объединить все каналы управления является слияние их индивидуальных решений - т.е. оценка намерений пользователя - путем взвешивания вклада каждой модальности. Эти веса отражают надежность канала или уверенность/неопределенность системы в отношении его выхода. Весы могут быть оценены по таким контрольным сигналам, как психические состояния [например, усталость, потенциалы ошибок (ErrPs)] и физиологические параметры (например, мышечная усталость). Другим источником для определения весов является анализ работы отдельных каналов при выполнении поставленной задачи (например, стабильность во времени).
Существует несколько примеров гибридных BCI. Некоторые из них основаны на множественных мозговых сигналах.
- Одним из таких hBCI является сочетание моторных образов (МО), основанных на BCI с обнаружением ErrP и коррекцией ложных умственных команд.
- Вторым примером является сочетание MI с устойчивым состоянием зрительные вызванные потенциалы (SSVEPs), исследованные в некоторых автономных исследований.
Другие BCI сочетают в себе мозг и другие биосигналы. Например, Шерер и др. объединили стандартный SSVEP BCI с включением/выключением, контролируемым вариациями частоты сердечных сокращений. В данном случае основное внимание уделяется тому, чтобы дать пользователям возможность использовать BCI только тогда, когда они хотят или нуждаются в его использовании. В качестве альтернативы, и следуя идее повышения остаточных возможностей людей с BCI, Либ и др. объединили ЭМГ с ЭЭГ-активностью, так что испытуемые могли бы достичь хорошего контроля над своим hBCI, независимо от уровня мышечной усталости. Наконец, ЭЭГ-сигналы могут быть объединены с глазным взглядом. Пфуртшеллер и др. недавно рассмотрели предварительные попытки и технико-экономические обоснования по разработке BCI, сочетающих несколько сигналов мозга в одиночку или с другими биосигналами.
Продолжение...