Внутрикорковые BCIs, такие как BrainGate используют крошечное множество внедренных электродов, чтобы взять электрическую деятельность нейронов в двигательной зоне коры головного мозга мозга. Компьютеры тогда переводят те сигналы на цифровые команды, которые позволили пользователям управлять электронными устройствами, такими как компьютеры и роботизированные руки, просто намереваясь переместить их собственную руку. Перевод полагается на декодер, алгоритм, который выводит намерения движения пользователя от образцов их нервной деятельности.Проблема расшифровки намерения движения от внутрикорковых электродов состоит в том, что сигналы изменяются со временем – таким образом, внутрикорковые BCIs потребовали частых прерываний для перекалибровки декодера.
Нервные образцы сигнала могут измениться, когда электроды перемещаются даже немного; нейрон, сигнал которого не был ранее обнаружен, может закончить тем, что присоединился к зарегистрированному ансамблю, в то время как другой мог бы стать исключенным. Когда нервные сигналы переходят и дрейфуют, исполнение двоично-кодированной информации – способность пользователей переместить курсор или робот, думая о движении – уменьшится, пока декодер не может быть перекалиброван.
Эта перекалибровка, как правило, выполняется, используя специальную задачу, в которой участник пытается переместить курсор в предписанные цели так, чтобы намерения движения могли быть нанесены на карту к новым нервным образцам деятельности.Существенный прогресс в новом исследовании – ряд модернизаций декодера, которые позволяют алгоритму перекалибровать себя во время практического использования двоично-кодированной информации, не заставляя пользователя остановить для задачи калибровки каждый раз изменение сигналов. Результаты исследования сообщили на бумажном шоу, что новый декодер сохранил работу двоично-кодированной информации намного дольше, чем прежде и даже способствовал улучшению точной скорости печати пользователей на экранной клавиатуре. Вместо того, чтобы часто посещать паузы для перекалибровки, пользователи могли напечатать в течение многих часов, делая паузу только, когда они хотели и без потребности в техническом персонале вмешаться.
«Избавляя от необходимости управлять задачей калибровки каждый раз, когда зарегистрированное изменение сигналов сделает клиническую двоично-кодированную информацию более легкой в использовании и простой в использовании», сказал ведущий автор Бита Джейросивич, доцент (исследование) нейробиологии в Университете Брауна и Институте Брауна Мозговой Науки и следователе в Providence Veterans Affairs Medical Center (PVAMC).Команда BrainGate включает ученых, инженеров и клиницистов от Брауна, Центральной больницы Массачусетса (MGH), PVAMC, Стэнфордского университета и Западного резервного университета Кейза.В особенно драматической демонстрации на Стэнфордском месте экспериментального клинического испытания женщина идентифицировала как «T6», кто диагностирован амиотрофический боковой склероз, смог использовать BrainGate для шести сессий нескольких часов каждый в течение 42 дней без любых прерываний для явной перекалибровки после того, как декодер был инициализирован в первый день.
T6 смог напечатать параграфы, делая паузу и не делая паузу двоично-кодированная информация самостоятельно, в то время как декодер калибровал себя.«Наблюдение, что наши участники используют эту более прочную систему, чтобы напечатать на мониторе, подчеркивает прогресс, сделанный к клинически полезной системе», сказал доктор Ли Хочберг, преподаватель разработки в Брауне, директоре Центра Нейровосстановления и Нейротехнологии в PVAMC, директоре Нейротехнологической Единицы Испытаний в Невралгии MGH, и ведущем авторе бумаги.
Умное кодированиеИнновации используют в своих интересах информацию, которая накапливается, поскольку участники испытания используют систему.
В инновациях названная «ретроспектива предназначается для вывода», декодер анализирует недавние целевые выборы пользователей, чтобы обновить его интерпретацию основных нервных сигналов, которые произвели его. Например, если участник перемещает курсор, чтобы напечатать «B R я N G T E», сказал Яросиевич, у декодера есть категорическая новая информация о намерениях движения пользователя во время траектории между каждым письмом. Например, когда курсор перемещался от B до R, намерения движения человека могут быть выведены, чтобы быть непосредственно к R.«Мы можем использовать ту информацию, чтобы обновить карту между нервными сигналами и ‘пониманием’ декодера намерений движения человека», сказал Яросиевич.Между тем декодер теперь также отслеживает уровни основания нервной деятельности в двигательной зоне коры головного мозга в течение моментов, когда участники приняли решение сделать паузу.
Из-за изменений в нервных сигналах со временем, образцы увольнения отдыха нейронов в двигательной зоне коры головного мозга, возможно, изменились начиная с последней паузы. Отслеживание этого уровня основания во время пауз помогает системе начаться с лучшей калибровки, когда пользователь решает снова включить систему.Третьи инновации отслеживают, в то время как участники используют систему появляющихся уклонов в скорости движения курсора и вычитания их из расшифрованных движений.
Хранение лучшего баланса скоростей в различных направлениях приводит к большей точности и более интуитивному пользовательскому опыту.Команда выполнила несколько сессий исследования, чтобы подтвердить, что новые идеи имели значительное и положительное значение среди участников. Они включали то, чтобы просить, чтобы участники напечатали в течение часа или два на некоторых сессиях, когда инновации самокалибровки были заняты и некоторые, когда они были выключены.
Работа осталась стабильной на сессиях, когда особенности шли, но ухудшились значительно, когда особенности были выключены.На одной из встреч исследования с выключенными инновациями исследователи нашли, что снова включение их позволило системе спасать работу после того, как это ухудшалось из-за отсутствия особенностей.В принципе улучшенный декодер может быть применен к другим задачам двоично-кодированной информации, таким как трехмерный контроль манипулятора или даже собственной в электронном виде возвращенной к жизни руки человека.
Есть уникальные вызовы выполнению этого, Яросиевич признал, но это – проблема, которой команда занимается затем.Цель остается развивать BrainGate в систему, которая была бы доступна людям, которым нужен он, каждый раз, когда им нужен он.
«Есть все еще большое исследование, чтобы сделать», сказал Хохберг. «С длительным клиническим исследованием мы изучим, как наши результаты распространяются на большее количество участников. Мы хотим сделать систему быстрее, легче, меньшей, полностью внедренной, больше портативного компьютера, меньше требования опытного исследователя или сиделки, и более ловкий в его способности обеспечить контроль внешних устройств.
«В этих исследованиях мы делаем шаги к прочным и гибким системам связи для людей с сильно ограниченным движением, включая ограниченный или никакую речь. Мы также посвящены не только предоставлению возможности контроля над компьютерами или автоматизированными вспомогательными устройствами, но – для людей с повреждением спинного мозга или ударом – работающий к цели повторного подключения мозга к конечности, разрешение сильных внутрикорковых сигналов активировать полностью внедренные функциональные электрические устройства стимуляции и перепредоставление возможности интуитивное движение собственной руки».Хохберг подчеркнул, «Наши экстраординарные участники исследования – истинные пионеры.
Они участвуют в испытании, не потому что они надеются получить любую личную выгоду, но потому что они хотят помочь нам развивать и проверить систему, которая поможет другим людям с параличом в будущем».*Осторожность: Исследовательское устройство.
Ограниченный федеральным законом исследовательским использованием.