Školení může pomoci kvadruplegikům obsluhovat invalidní vozíky ovládané myslí v přirozených, přeplněných prostorách

Školení může pomoci kvadruplegikům obsluhovat invalidní vozíky ovládané myslí v přirozených, přeplněných prostorách

Invalidní vozík ovládaný myslí může pomoci ochrnutému člověku získat novou mobilitu tím, že převede myšlenky uživatele do mechanických příkazů. 18. listopadu vědci v časopise iScience ukazují, že po dlouhodobém tréninku mohou kvadruplegičtí uživatelé ovládat invalidní vozíky ovládané myslí v přirozeném, přeplněném prostředí.

Ukazujeme, že vzájemné učení uživatele i algoritmu rozhraní mozek-stroj jsou důležité pro uživatele, aby mohli takové vozíky úspěšně ovládat. Náš výzkum zdůrazňuje potenciální cestu pro lepší klinickou implementaci neinvazivní technologie rozhraní mozek-stroj.“

José del R. Millán, korespondent autor studie, The University of Texas at Austin

Millán a jeho kolegové přijali tři kvadruplegiky pro longitudinální studii. Každý z účastníků absolvoval školení třikrát týdně po dobu 2 až 5 měsíců. Účastníci měli na hlavě čepici, která zaznamenávala jejich mozkovou aktivitu pomocí elektroencefalografie (EEG), která byla převedena na mechanické příkazy pro invalidní vozíky pomocí zařízení rozhraní mozek-stroj. Účastníci byli požádáni, aby ovládali směr vozíku tím, že přemýšleli o pohybu částí svého těla. Konkrétně museli pamatovat na to, aby se obě ruce otočily doleva a obě nohy, aby se otočily doprava.

V prvním tréninku měli tři účastníci podobnou úroveň přesnosti – když se reakce zařízení shodovaly s myšlenkami uživatelů – v rozmezí asi 43 % až 55 %. V průběhu školení tým Brain Machine Interface Device zaznamenal výrazné zlepšení přesnosti u účastníka 1, který na konci svého školení dosáhl přesnosti přes 95 %. Tým také zaznamenal zvýšení přesnosti účastníka 3 na 98 % v polovině jeho tréninku, než tým aktualizoval jeho zařízení novým algoritmem.

Zlepšení pozorované u účastníků 1 a 3 koreluje se zlepšením rozlišování znaků, tj. h. schopnost algoritmu rozlišit vzorec mozkové aktivity zakódovaný pro myšlenky „jít doleva“ od vzorce pro myšlenky „jít doprava“. Tým zjistil, že lepší rozlišení funkcí nebylo jen výsledkem strojového učení zařízení, ale také učení v mozcích účastníků. EEG účastníků 1 a 3 ukázalo významné posuny ve vzorcích mozkových vln, protože zlepšily přesnost ovládání mysli přístroje.

"Z výsledků EEG vidíme, že subjekt upevnil schopnost modulovat různé části svého mozku tak, aby vytvořil jeden vzor pro "jít doleva" a jiný vzor pro "jít doprava"," říká Millán. "Věříme, že došlo ke kortikální reorganizaci, ke které došlo v důsledku procesu učení účastníků."

Ve srovnání s účastníky 1 a 3 neměl účastník 2 žádné významné změny ve vzorcích mozkové aktivity během tréninku. Jeho přesnost se v prvních několika sezeních zvýšila jen mírně, ale po zbytek tréninkového období zůstala stabilní. Naznačuje to, že samotné strojové učení nestačí k úspěšnému manévrování s takovýmto myslí ovládaným zařízením, říká Millán

Na konci školení byli všichni účastníci požádáni, aby projeli své invalidní vozíky přeplněným nemocničním pokojem. Museli obejít překážky, jako je předěl pokoje a nemocniční lůžka, která jsou nastavena tak, aby simulovala skutečné prostředí. Oba účastníci 1 a 3 splnili úkol, zatímco účastník 2 jej nesplnil.

„Zdá se, že k tomu, aby někdo získal dobré ovládání rozhraní mozek-stroj, které mu umožňuje provádět poměrně složité každodenní činnosti, jako je řízení invalidního vozíku v přirozeném prostředí, vyžaduje neuroplastickou reorganizaci v naší kůře,“ říká Millán.

Studie také zdůraznila roli dlouhodobého školení uživatelů. Účastník 1 si sice nakonec vedl výborně, ale také se na prvních trénincích trápil, říká Millán. Longitudinální studie je jednou z prvních, která hodnotí klinickou implementaci neinvazivní technologie rozhraní mozek-stroj u kvadruplegických pacientů.

Dále chce tým zjistit, proč účastník 2 nezaznamenal efekt učení. Doufají, že provedou podrobnější analýzu mozkových signálů každého účastníka, aby porozuměli jejich rozdílům a možným intervencím pro lidi, kteří se v budoucnu potýkají s procesem učení.

Tato práce byla částečně podporována italským ministerstvem školství a Institutem informačních technologií Univerzity v Padově.

Zdroj:

Cell Press

Odkaz:

Tonin, L., a kol. (2022) Naučit se ovládat invalidní vozík řízený BMI pro lidi s těžkou tetraplegií. iScience. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.