Инвазивные интерфейсы мозг-компьютер используют мысли для воплощения протезов в жизнь - Производство ЭКОтехнологии

Инвазивные интерфейсы мозг-компьютер используют мысли для воплощения протезов в жизнь

Инвазивные интерфейсы мозг-компьютер направлены на улучшение качества жизни пациентов с тяжелым параличом. Намерения движения считываются в мозгу, и эта информация используется для управления роботизированными конечностями. Группа исследователей из Knappschaftskrankenhaus Bochum Langendreer, университетской клиники Рурского университета Бохума, изучила, какие ошибки могут возникать при коммуникации между мозгом и роботизированным протезом и какие из них являются особенно значительными. С помощью модели виртуальной реальности исследователи обнаружили, что неправильное выравнивание протеза, так называемого концевого эффектора, приводит к ощутимой потере производительности. Исследователи из Бохума во главе с доктором Кристианом Клаесом из отделения нейрохирургии опубликовали результаты в журнале Scientific Reports..

Три основных источника ошибок

Интерфейсы мозг-компьютер позволяют сильно парализованным пациентам перемещать протез. В инвазивном методе измерительное устройство, имплантированное в мозг, преобразует сигналы нервных клеток в управляющие сигналы для конечного эффектора, например, протеза руки робота. Исследователи из Бохума начали с предположения, что три основных фактора негативно влияют на контроль конечного эффектора: ошибка декодирования, ошибка обратной связи и ошибка выравнивания.

Ошибка декодирования описывает разницу между реальным намерением пациента двигаться и намерением двигаться, декодируемым декодером из сигналов мозга. Ошибка выравнивания возникает, когда конечный эффектор интерфейса мозг-компьютер неправильно расположен относительно естественной руки участника. Ошибка обратной связи системы интерфейса мозг-компьютер возникает из-за отсутствия соматосенсорной обратной связи, то есть отсутствия обратной связи от руки робота относительно прикосновения. Команда Бохума использовала модель виртуальной реальности для анализа ошибок несовпадения и обратной связи – независимо от ошибки декодирования, а также независимо друг от друга.

Рисунок 2 Из: Количественная оценка ошибки выравнивания и влияния неполной соматосенсорной обратной связи на двигательную активность в настройке виртуального интерфейса мозг-компьютер
Однозначный перевод намерений движения в движения

«Здоровые участники исследования без сенсомоторных расстройств стали играть роль пациентов с двигательными дисфункциями в виртуальной реальности», – объясняет Робин Линкемпер, ведущий автор исследования. «Таким образом, наша модель обеспечивает однозначное преобразование намерений движения в движения конечных эффекторов, сравнимое с таковым у пациента, использующего безупречный декодер».

В виртуальной реальности участникам было предложено нарисовать карандашом фигуры: квадрат, круг, звезду, спираль и асимметричную форму. Это соответствует часто задаваемой задаче в экспериментах с интерфейсами мозг-компьютер, которую можно использовать для оценки и сравнения двигательной активности в различных условиях.

Контроллер воспринимался участниками эксперимента как ручка. Исследователи достигли желаемого эффекта обратной связи, заставив испытуемого сидеть за реальным столом и рисовать в виртуальном мире, а контроллер касался поверхности стола. Эффект контролировали две группы: одна группа получала косвенную тактильную обратную связь, другая – нет. Это означает, что для второй группы физическая таблица была удалена, в то время как таблица оставалась видимой в виртуальной реальности.

В идеале роботизированная рука должна быть включена в схему тела.

Используя сопоставленные данные, исследовательская группа показала, что отсутствие косвенной тактильной обратной связи само по себе оказало незначительное влияние, но усилило эффект несовпадения. Основываясь на результатах, исследователи также предположили, что протез с естественным расположением может значительно улучшить работу пациентов с инвазивным интерфейсом мозг-компьютер. Они также предположили, что привязка роботизированной руки к собственному телу пациента будет иметь положительный эффект и улучшит двигательные характеристики. В идеале, пациент, использующий интерфейс мозг-компьютер, должен включить роботизированную руку в схему своего тела.

Исследователи завершили свое исследование, подчеркнув важность разработки конечных эффекторов, которые обеспечивают лучшее включение и более естественное расположение. По их мнению, следует рассмотреть такие решения, как экзоскелеты или функциональная стимуляция мышц. «Будущее исследований сейчас заключается в использовании инженерии, чтобы донести научные результаты до пациента», – говорит Робин Линкемпер. Он ожидает, что благодаря приверженности отрасли приложения, подходящие для повседневного использования, будут доступны уже через пять-десять лет.

Ссылка на основную публикацию