Η εκπαίδευση μπορεί να βοηθήσει τους τετραπληγικούς χρήστες να χειρίζονται αναπηρικά καροτσάκια ελεγχόμενα από το μυαλό σε φυσικούς, ακατάστατους χώρους

Η εκπαίδευση μπορεί να βοηθήσει τους τετραπληγικούς χρήστες να χειρίζονται αναπηρικά καροτσάκια ελεγχόμενα από το μυαλό σε φυσικούς, ακατάστατους χώρους

Ένα αναπηρικό καροτσάκι ελεγχόμενο από το μυαλό μπορεί να βοηθήσει ένα παράλυτο άτομο να αποκτήσει νέα κινητικότητα μεταφράζοντας τις σκέψεις του χρήστη σε μηχανικές εντολές. Στις 18 Νοεμβρίου, οι ερευνητές έδειξαν στο περιοδικό iScience ότι μετά από παρατεταμένη εκπαίδευση, οι τετραπληγικοί χρήστες μπορούν να χειριστούν αναπηρικά καροτσάκια ελεγχόμενα από το μυαλό σε ένα φυσικό, ακατάστατο περιβάλλον.

Δείχνουμε ότι η αμοιβαία εκμάθηση τόσο του χρήστη όσο και του αλγόριθμου διεπαφής εγκεφάλου-μηχανής είναι σημαντική για τους χρήστες να χειρίζονται επιτυχώς τέτοια αναπηρικά αμαξίδια. Η έρευνά μας υπογραμμίζει μια πιθανή οδό για βελτιωμένη κλινική εφαρμογή της μη επεμβατικής τεχνολογίας διασύνδεσης εγκεφάλου-μηχανής».

José del R. Millán, αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης, The University of Texas at Austin

Ο Millán και οι συνεργάτες του στρατολόγησαν τρεις τετραπληγικούς για τη διαχρονική μελέτη. Καθένας από τους συμμετέχοντες ολοκλήρωσε εκπαιδευτικές συνεδρίες τρεις φορές την εβδομάδα για 2 έως 5 μήνες. Οι συμμετέχοντες φορούσαν ένα κάλυμμα κρανίου που κατέγραφε την εγκεφαλική τους δραστηριότητα μέσω ηλεκτροεγκεφαλογραφίας (EEG), το οποίο μετατράπηκε σε μηχανικές εντολές για τα αναπηρικά καροτσάκια μέσω μιας συσκευής διεπαφής εγκεφάλου-μηχανής. Ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να ελέγξουν την κατεύθυνση του αναπηρικού αμαξιδίου σκεπτόμενοι την κίνηση των μερών του σώματός τους. Συγκεκριμένα, έπρεπε να θυμηθούν να κινήσουν και τα δύο χέρια για να στρίψουν αριστερά και τα δύο πόδια για να στρίψουν δεξιά.

Στην πρώτη προπόνηση, τρεις συμμετέχοντες είχαν παρόμοια επίπεδα ακρίβειας -όταν οι απαντήσεις της συσκευής ταίριαζαν με τις σκέψεις των χρηστών- που κυμαίνονταν από περίπου 43% έως 55%. Κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης, η ομάδα του Brain Machine Interface Device παρατήρησε σημαντική βελτίωση στην ακρίβεια για τον Συμμετέχοντα 1, ο οποίος πέτυχε πάνω από 95% ακρίβεια στο τέλος της εκπαίδευσής του. Η ομάδα παρατήρησε επίσης μια αύξηση στην ακρίβεια του Συμμετέχοντα 3 στο 98% στα μισά της εκπαίδευσής του, προτού η ομάδα ενημερώσει τη συσκευή του με έναν νέο αλγόριθμο.

Η βελτίωση που παρατηρήθηκε στους συμμετέχοντες 1 και 3 συσχετίζεται με μια βελτίωση στη διάκριση χαρακτηριστικών, δηλαδή h. την ικανότητα του αλγορίθμου να διακρίνει το μοτίβο δραστηριότητας του εγκεφάλου που κωδικοποιείται για τις σκέψεις «πήγαινε αριστερά» από εκείνο για τις σκέψεις «πήγαινε δεξιά». Η ομάδα διαπίστωσε ότι η καλύτερη διάκριση χαρακτηριστικών δεν ήταν μόνο αποτέλεσμα της μηχανικής μάθησης της συσκευής, αλλά και της μάθησης στον εγκέφαλο των συμμετεχόντων. Το ΗΕΓ των συμμετεχόντων 1 και 3 εμφάνισαν σημαντικές αλλαγές στα μοτίβα των εγκεφαλικών κυμάτων καθώς βελτίωσαν την ακρίβεια ελέγχου του νου της συσκευής.

«Βλέπουμε από τα αποτελέσματα του EEG ότι το άτομο έχει παγιώσει την ικανότητα να διαμορφώνει διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου του για να παράγει ένα μοτίβο για το «πήγαινε αριστερά» και ένα άλλο σχέδιο για το «πήγαινε δεξιά», λέει ο Millán. «Πιστεύουμε ότι υπάρχει μια αναδιοργάνωση του φλοιού που προέκυψε ως αποτέλεσμα της μαθησιακής διαδικασίας των συμμετεχόντων».

Σε σύγκριση με τους Συμμετέχοντες 1 και 3, ο Συμμετέχων 2 δεν είχε σημαντικές αλλαγές στα πρότυπα εγκεφαλικής δραστηριότητας καθ' όλη τη διάρκεια της εκπαίδευσης. Η ακρίβειά του αυξήθηκε ελάχιστα μόνο στις πρώτες συνεδρίες, αλλά παρέμεινε σταθερή για το υπόλοιπο της προπονητικής περιόδου. Υποδηλώνει ότι η μηχανική μάθηση από μόνη της δεν είναι αρκετή για να χειριστεί κανείς με επιτυχία μια τέτοια συσκευή ελεγχόμενη από το μυαλό, λέει ο Millán

Στο τέλος της εκπαίδευσης, ζητήθηκε από όλους τους συμμετέχοντες να οδηγήσουν τα αναπηρικά τους αμαξίδια μέσα από ένα γεμάτο δωμάτιο νοσοκομείου. Έπρεπε να αντιμετωπίσουν εμπόδια, όπως διαχωριστικό δωματίου και νοσοκομειακά κρεβάτια, τα οποία είναι στημένα για να προσομοιώνουν το πραγματικό περιβάλλον. Και οι δύο συμμετέχοντες 1 και 3 ολοκλήρωσαν την εργασία, ενώ ο συμμετέχων 2 δεν την ολοκλήρωσε.

«Φαίνεται ότι για να αποκτήσει κάποιος καλός έλεγχος διασύνδεσης εγκεφάλου-μηχανής, που του επιτρέπει να εκτελεί σχετικά σύνθετες καθημερινές δραστηριότητες, όπως η οδήγηση αναπηρικού αμαξιδίου σε φυσικό περιβάλλον, χρειάζεται μια νευροπλαστική αναδιοργάνωση στον φλοιό μας», λέει ο Millán.

Η μελέτη τόνισε επίσης τον ρόλο της μακροχρόνιας εκπαίδευσης των χρηστών. Αν και ο Συμμετέχων 1 είχε εξαιρετική απόδοση στο τέλος, δυσκολεύτηκε επίσης στις πρώτες προπονήσεις, λέει ο Millán. Η διαχρονική μελέτη είναι από τις πρώτες που αξιολόγησε την κλινική εφαρμογή της μη επεμβατικής τεχνολογίας διεπαφής εγκεφάλου-μηχανής σε τετραπληγικούς ασθενείς.

Στη συνέχεια, η ομάδα θέλει να ανακαλύψει γιατί ο Συμμετέχων 2 δεν βίωσε το μαθησιακό αποτέλεσμα. Ελπίζουν να πραγματοποιήσουν μια πιο λεπτομερή ανάλυση των εγκεφαλικών σημάτων κάθε συμμετέχοντα για να κατανοήσουν τις διαφορές τους και τις πιθανές παρεμβάσεις για άτομα που αγωνίζονται με τη μαθησιακή διαδικασία στο μέλλον.

Η εργασία αυτή υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Ιταλικό Υπουργείο Παιδείας και το Ινστιτούτο Πληροφορικής του Πανεπιστημίου της Πάδοβας.

Πηγή:

Cell Press

Αναφορά:

Tonin, L., et αϊ. (2022) Μαθαίνοντας να ελέγχετε μια αναπηρική καρέκλα ελεγχόμενη με ΔΜΣ για άτομα με σοβαρή τετραπληγία. iScience. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.