Obuka može pomoći kvadriplegičarima da upravljaju mentalno kontroliranim invalidskim kolicima u prirodnim, pretrpanim prostorima

Obuka može pomoći kvadriplegičarima da upravljaju mentalno kontroliranim invalidskim kolicima u prirodnim, pretrpanim prostorima

Invalidska kolica kojima se upravlja umom mogu pomoći paraliziranoj osobi da stekne novu pokretljivost prevođenjem misli korisnika u mehaničke naredbe. Istraživači su 18. studenoga u časopisu iScience pokazali da nakon dugotrajnog treninga, kvadriplegičari mogu upravljati umno kontroliranim invalidskim kolicima u prirodnom, pretrpanom okruženju.

Pokazali smo da je međusobno učenje i korisnika i algoritma sučelja mozak-stroj važno za korisnike kako bi uspješno upravljali takvim invalidskim kolicima. Naše istraživanje naglašava potencijalni put za poboljšanu kliničku implementaciju neinvazivne tehnologije sučelja mozak-stroj.”

José del R. Millán, dopisni autor studije, Sveučilište Texas u Austinu

Millán i njegovi kolege angažirali su tri kvadriplegičara za longitudinalno istraživanje. Svaki od sudionika završio je treninge tri puta tjedno tijekom 2 do 5 mjeseci. Sudionici su nosili kapu na glavi koja je bilježila njihovu moždanu aktivnost putem elektroencefalografije (EEG), koja je pretvorena u mehaničke naredbe za invalidska kolica putem uređaja za sučelje mozak-stroj. Sudionici su zamoljeni da kontroliraju smjer invalidskih kolica razmišljajući o kretanju svojih dijelova tijela. Točnije, morali su se sjetiti pomaknuti obje ruke da skrenu lijevo i obje noge da skrenu desno.

U prvom treningu, tri sudionika imala su slične razine točnosti - kada su odgovori uređaja odgovarali mislima korisnika - u rasponu od oko 43% do 55%. Tijekom obuke, tim Brain Machine Interface Device primijetio je značajan napredak u točnosti za sudionika 1, koji je postigao preko 95% točnosti na kraju svoje obuke. Tim je također primijetio povećanje točnosti sudionika 3 na 98% na pola puta tijekom njegovog treninga, prije nego što je tim ažurirao njegov uređaj novim algoritmom.

Poboljšanje uočeno kod sudionika 1 i 3 korelira s poboljšanjem u razlikovanju značajki, tj. h. sposobnost algoritma da razlikuje obrazac aktivnosti mozga kodiran za misli "idi lijevo" od onog za misli "idi desno". Tim je otkrio da bolja diskriminacija značajki nije samo rezultat strojnog učenja uređaja, već i učenja u mozgovima sudionika. EEG sudionika 1 i 3 pokazao je značajne promjene u uzorcima moždanih valova jer su poboljšali točnost kontrole uma uređaja.

"Iz rezultata EEG-a vidimo da je ispitanik konsolidirao sposobnost moduliranja različitih dijelova svog mozga kako bi proizveo jedan obrazac za 'idi lijevo' i drugi obrazac za 'idi desno'", kaže Millán. "Vjerujemo da postoji kortikalna reorganizacija koja se dogodila kao rezultat procesa učenja sudionika."

U usporedbi sa sudionicima 1 i 3, sudionik 2 nije imao značajnih promjena u obrascima aktivnosti mozga tijekom cijelog treninga. Njegova se točnost tek neznatno povećala u prvih nekoliko sesija, ali je ostala stabilna do kraja treninga. Sugerira da samo strojno učenje nije dovoljno za uspješno upravljanje takvim umom kontroliranim uređajem, kaže Millán

Na kraju treninga svi sudionici su zamoljeni da provozaju svoja invalidska kolica kroz prepunu bolničku sobu. Morali su zaobići prepreke poput pregrade za sobu i bolničkih kreveta, koji su postavljeni tako da simuliraju stvarno okruženje. I sudionik 1 i 3 izvršili su zadatak, dok ga sudionik 2 nije izvršio.

"Čini se da je potrebna neuroplastična reorganizacija u našem korteksu, kako bi netko stekao dobru kontrolu sučelja mozak-stroj, koja mu omogućuje obavljanje relativno složenih dnevnih aktivnosti kao što je vožnja invalidskih kolica u prirodnom okruženju", kaže Millán.

Studija je također istaknula ulogu dugotrajne obuke korisnika. Iako je sudionik 1 na kraju bio odličan, također se mučio u prvih nekoliko treninga, kaže Millán. Longitudinalna studija jedna je od prvih koja je procijenila kliničku implementaciju neinvazivne tehnologije sučelja mozak-stroj kod pacijenata s kvadriplegijom.

Zatim, tim želi otkriti zašto sudionik 2 nije iskusio učinak učenja. Nadaju se da će provesti detaljniju analizu moždanih signala svakog sudionika kako bi razumjeli njihove razlike i moguće intervencije za ljude koji se u budućnosti muče s procesom učenja.

Ovaj rad djelomično su podržali talijansko Ministarstvo obrazovanja i Institut za informacijsku tehnologiju Sveučilišta u Padovi.

Izvor:

Cell Press

Referenca:

Tonin, L. i sur. (2022) Učenje upravljanja invalidskim kolicima s BMI-kontrolom za osobe s teškom tetraplegijom. iScience. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.