Интерфейс «мозг-компьютер» позволил добиться беспрецедентной точности.
В настоящее время ведется работа над несколькими проектами интерфейса мозг-компьютер (BCI), но BrainGate — один из первых проектов, нацеленных на восстановление моторики у пользователей, страдающих нейродегенеративными расстройствами и травмами спинного мозга. Исследователи потратили годы на проработку фаз клинических испытаний устройства, но их последний прорыв не сосредоточен на физических достижениях. Вместо этого последние достижения могут проложить путь для людей с ограниченными возможностями, чтобы легче использовать сложное компьютерное программное обеспечение, общаться с близкими, работать удаленно и даже создавать музыку.
Согласно исследованию, опубликованному инженерами BrainGate 20 января в журнале Nature Medicine, доброволец с квадриплегией теперь может сохранять беспрецедентный контроль над виртуальным объектом с помощью хирургически имплантированного устройства BrainGate BCI. Чтобы продемонстрировать эту способность, пациент провел виртуальный ротокоптер через кольца на цифровой полосе препятствий, просто думая о движении пальцев на одной из своих рук.
«Это более высокая степень функциональности, чем что-либо ранее основанное на движениях пальцев», — сказал в сопроводительном заявлении Мэтью Уиллси, первый автор исследования и доцент кафедры нейрохирургии и биомедицинской инженерии Мичиганского университета.
Неинвазивная технология BCI уже существует, чтобы помочь пользователям с физическими ограничениями управлять компьютерным программным обеспечением и видеоиграми, часто полагаясь на сигналы электроэнцефалографии (ЭЭГ). Однако Уиллси и его коллеги отмечают, что эти методы требуют анализа более крупных областей мозга за пределами двигательной коры. Из-за этого инженеры полагают, что размещение микротонких электродных проводов ближе к реальным нейронам позволяет восстановить более точный двигательный контроль.
«[BrainGate2] берет сигналы, создаваемые в двигательной коре, которые возникают, когда участник пытается пошевелить пальцами, и использует искусственную нейронную сеть для интерпретации намерений, чтобы управлять виртуальными пальцами в симуляции», — сказал Уиллси.
Обновленная система BCI BrainGate анализирует руку пользователя по трем частям: большой палец, затем указательный и средний пальцы, затем безымянный палец и мизинец. Каждая часть также определяется своими горизонтальными и вертикальными движениями. Чтобы провести виртуальный квадрокоптер по его цифровой полосе препятствий, пользователю BCI нужно только думать о перемещении этих групп рук по мере необходимости, чтобы пролететь на машине через плавающие кольца.
Доброволец, который не может двигать конечностями после травмы спинного мозга, полученной много лет назад, работает с командой Уиллси с 2016 года. Но в отличие от некоторых предыдущих испытаний, это было специально разработано с учетом его интересов.
«Моделирование квадрокоптера не было случайным выбором, участник исследования страстно любил летать», — добавил Дональд Авансино, соавтор исследования и специалист по информатике в Стэнфордском университете. «Платформа не только удовлетворяла желание участника полета, но и демонстрировала управление несколькими пальцами».
Согласно результатам команды, массив BrainGate, подключенный напрямую к двигательным нейронам, обеспечивает «шестикратное улучшение» пилотирования квадрокоптера пользователем по сравнению с системой ЭЭГ. Эта цифровая точность вскоре может выйти за рамки управления коптером — она может обеспечить большую связь между пользователем BCI и его друзьями и близкими.
«Люди склонны сосредотачиваться на восстановлении функций, которые являются базовыми потребностями — прием пищи, одевание, подвижность — и все они важны», — объяснила Джейми Хендерсон, профессор нейрохирургии в Стэнфорде и соавтор исследования. «Но часто другие, не менее важные аспекты жизни, такие как отдых или общение со сверстниками, остаются без внимания. Люди хотят играть в игры и общаться с друзьями».
Хендерсон отметил, что улучшения BCI, продемонстрированные в ходе испытаний квадрокоптеров, имеют и практическое значение: возможность управлять несколькими виртуальными пальцами позволяет реализовать «многофакторные схемы управления для самых разных вещей», включая использование программного обеспечения САПР и сочинение музыки.