Treening võib aidata neljajalgsetel kasutajatel juhtida mõistuse juhitud ratastooli looduslikes segastes ruumides

Treening võib aidata neljajalgsetel kasutajatel juhtida mõistuse juhitud ratastooli looduslikes segastes ruumides

Mõttejuhtimisega ratastool võib aidata halvatud inimesel saada uut liikumisvõimet, muutes kasutaja mõtted mehaanilisteks käskudeks. 18. novembril näitavad teadlased ajakirjas iScience, et pärast pikaajalist treeningut saavad neljajalgsed kasutajad juhtida mõistuse kontrolli all olevat ratastooli loomulikus segases keskkonnas.

Näitame, et nii kasutaja kui ka aju-masina liidese algoritmi vastastikune õppimine on kasutajate jaoks selliste ratastoolide edukaks kasutamiseks oluline. Meie uuringud toovad esile potentsiaalse võimaluse mitteinvasiivse aju-masina liidese tehnoloogia paremaks kliiniliseks rakendamiseks.

José del R. Millán, uuringu vastav autor, Texase ülikool Austinis

Millán ja tema kolleegid värbasid pikisuunalise uuringu jaoks kolm neljandikku. Iga osaleja läbis koolitusi kolm korda nädalas 2–5 kuu jooksul. Osalejad kandsid koljukatet, mis registreeris nende ajutegevuse elektroentsefalograafia (EEG) abil, mis muudeti aju-masina liideseseadme kaudu ratastoolide mehaanilisteks käskudeks. Osalejatel paluti kontrollida ratastooli suunda, mõeldes oma kehaosade liikumisele. Täpsemalt pidid nad meeles pidama, et vasakule pööramiseks tuleb liigutada mõlemat kätt ja paremale pööramiseks mõlemat jalga.

Esimesel koolitusel oli kolmel osalejal sarnane täpsustase – kui seadme vastused ühtisid kasutajate mõtetega – vahemikus umbes 43% kuni 55%. Koolituse käigus märkas Brain Machine Interface Device meeskond 1. osaleja täpsuse olulist paranemist, kes saavutas koolituse lõpus üle 95% täpsuse. Meeskond täheldas ka osaleja 3 täpsuse suurenemist 98%-ni poole koolituse ajal, enne kui meeskond uuendas tema seadet uue algoritmiga.

Osalejate 1 ja 3 puhul täheldatud paranemine korreleerub tunnuste diskrimineerimise paranemisega, st h. algoritmi võime eristada "vasakule mineku" mõtete jaoks kodeeritud ajutegevuse mustrit "mine paremale" mõtetest. Meeskond leidis, et funktsioonide parem diskrimineerimine ei tulene mitte ainult seadme masinõppest, vaid ka osalejate ajus õppimisest. Osalejate 1 ja 3 EEG näitas olulisi nihkeid ajulainete mustrites, kuna need parandasid seadme meelekontrolli täpsust.

"EEG tulemustest näeme, et katseisik on tugevdanud võimet moduleerida oma aju erinevaid osi, et luua üks muster "vasakule" ja teine ​​muster "mine paremale", " ütleb Millán. "Usume, et osalejate õppeprotsessi tulemusena toimus kortikaalne ümberkorraldamine."

Võrreldes osalejatega 1 ja 3, ei olnud osalejal 2 ajutegevuse mustrites kogu koolituse jooksul olulisi muutusi. Tema täpsus tõusis esimestel seanssidel vaid veidi, kuid püsis ülejäänud treeningperioodi jooksul stabiilsena. See viitab sellele, et masinõppest üksi ei piisa sellise mõistuse juhitava seadme edukaks manööverdamiseks, ütleb Millán

Koolituse lõpus paluti kõigil osalejatel sõita oma ratastoolidega läbi rahvarohke haiglaruumi. Nad pidid ületama takistusi, nagu ruumijagaja ja haiglavoodid, mis on seatud tegelikku keskkonda simuleerima. Mõlemad osalejad 1 ja 3 täitsid ülesande, samas kui osaleja 2 seda ei täitnud.

"Tundub, et selleks, et keegi omandaks hea aju-masina liidese juhtimise, mis võimaldab neil teha suhteliselt keerulisi igapäevaseid tegevusi, näiteks ratastooliga sõitmist looduslikus keskkonnas, nõuab meie ajukoores neuroplastilist ümberkorraldamist," ütleb Millán.

Uuring tõi esile ka pikaajalise kasutajakoolituse rolli. Kuigi osaleja 1 esines lõpuks suurepäraselt, nägi ta ka esimestel treeningutel vaeva, ütleb Millán. Pikisuunaline uuring on üks esimesi, mis hindas mitteinvasiivse aju-masina liidese tehnoloogia kliinilist rakendamist neljapoolsetel patsientidel.

Järgmiseks soovib meeskond välja selgitada, miks osaleja 2 ei kogenud õppimisefekti. Nad loodavad läbi viia iga osaleja ajusignaalide üksikasjalikuma analüüsi, et mõista nende erinevusi ja võimalikke sekkumisi inimestele, kes tulevikus õpiprotsessiga võitlevad.

Seda tööd toetasid osaliselt Itaalia haridusministeerium ja Padova ülikooli infotehnoloogia instituut.

Allikas:

Lahtri vajutage

Viide:

Tonin, L. et al. (2022) KMI-ga juhitava ratastooli juhtimise õppimine raske tetrapleegiaga inimestele. iScience. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.