Naukowcy stworzyli robotyczne ramię, którym można sterować za pomocą nieinwazyjnego interfejsu mózg-komputer, a kontrola ta jest płynna i ciągła, co wcześniej było zarezerwowane jedynie w przypadku systemów z implantami mózgu. Osiągnięcie to przybliża nas do wizji z powieści science fiction, w których kontrolujemy urządzenia wokół nas za pomocą myśli.
Zespół naukowców z Carnegie Mellon University we współpracy z badaczami z University of Minnesota dokonał przełomu w dziedzinie kontroli urządzeń robotycznych. Uczeni opracowali pierwsze w historii robotyczne ramię sterowane umysłem, do kontroli którego nie trzeba korzystać z ryzykowanej operacji wszczepiania implantów do mózgu. Co ważne, kontrola ta odbywa się płynnie, co wcześniej było niemożliwe.
Do kontrolowania robotów za pomocą umysłu są dwie drogi. Pierwsza, kosztowna i ryzykowana, to wszczepienie implantów do mózgu. W takim przypadku kontrola będzie ciągła i będzie przebiegać płynnie. Innym rozwiązaniem jest urządzenie, które wykrywa fale mózgowe sterującego. Jednak dotychczas tego typu urządzenia oferowały bardzo ograniczoną i mało precyzyjną kontrolę.
Zespół naukowców zmniejszył przepaść dzielącą te dwie opcje. Badacze stworzyli nieinwazyjny interfejs mózg-komputer (brain-computer interface – BCI), dzięki któremu kontrola urządzeń za pomocą myśli przebiega płynnie i w czasie rzeczywistym, co było dotąd zarezerwowane jedynie w przypadku systemów z implantami mózgu.
Naukowcy swoje badania opisali w publikacji, która ukazała się na łamach pisma „Science Robotics”.
Możliwość kontrolowania robotów i urządzeń elektrycznych za pomocą myśli bez konieczności wcześniejszej ingerencji w mózg będzie miała szerokie zastosowanie. Największą poprawę odczują osoby sparaliżowane i te cierpiące na zaburzenia ruchu. Ale i dla zdrowych osób będzie to spora odmiana. Poprawienie precyzji kontroli nad urządzeniami przy pomocy nieinwazyjnych technik pozwoli zastosować nowy wynalazek w codziennym życiu.
Do tej pory płynne sterowanie chociażby robotyczną protezą ramienia wymagało zastosowania implantów wszczepianych do mózgu. Wszczepienie implantów z kolei wymaga sporej wiedzy medycznej i chirurgicznej, by prawidłowo je zainstalować, nie wspominając o kosztach i potencjalnym ryzyku dla pacjentów. Dlatego korzystanie z takich rozwiązań ograniczało się do zaledwie kilku przypadków klinicznych.
Wielkim wyzwaniem w interfejsach mózg-komputer jest opracowanie mniej inwazyjnej lub nawet całkowicie nieinwazyjnej technologii, która pozwoliłaby sparaliżowanym pacjentom kontrolować swoje otoczenie za pomocą własnych myśli. Taka technologia odmieniłaby życie wielu pacjentów, a potencjalnie nawet całej populacji.
Jednak obecnie stosowane, nieinwazyjne interfejsy, odbierają sygnał zakłócony, jakby brudniejszy, co prowadzi do niższej rozdzielczości i mniej precyzyjnej kontroli. Ale naukowcy poszli naprzód w tej dziedzinie.
- Dokonano znacznych postępów w sterowanych umysłowo urządzeniach robotycznych wykorzystujących implanty mózgu. Ale ostatecznym celem jest nieinwazyjny system – powiedział Bin He Carnegie Mellon University.
Używając nowych technik wykrywania fal mózgowych oraz uczenia maszynowego, on i jego współpracownicy byli w stanie uzyskać dostęp do sygnałów głęboko w mózgu, uzyskując przez to wysoką precyzję kontroli nad ramieniem robota. Dzięki nowym technikom i nieinwazyjnemu neuroobrazowaniu znacznie poprawiono dekodowanie sygnałów i uzyskano możliwość kontrolowania urządzenia w czasie rzeczywistym.
W testach wykazano, że starowane za pomocą nowego BCI robotyczne ramię może śledzić pokazujący się na ekranie kursor w sposób ciągły. Do tej pory technologia ta została przetestowana na 68 zdrowych osobach. Wcześniejsze nieinwazyjne interfejsy zapewniały śledzenie kursora w nierównych ruchach - tak jakby ramię robota próbowało dogonić polecenia mózgu. Unikalne podejście zespołu do rozwiązania tego problemu poprawiło ciągłość śledzenia kursora o ponad 500 proc.
- Ta praca stanowi ważny krok w kierunku nieinwazyjnych interfejsów mózg-komputer, technologii, która pewnego dnia może stać się wszechobecną technologią wspomagającą – podkreślił Bin He.
Źródło: Carnegie Mellon University, fot. College of Engineering, Carnegie Mellon University
