A tréning segíthet a négylábú felhasználóknak az elme által irányított kerekesszékek kezelésében természetes, zsúfolt helyeken

A tréning segíthet a négylábú felhasználóknak az elme által irányított kerekesszékek kezelésében természetes, zsúfolt helyeken

Az elme által irányított tolószék segíthet a bénult személynek új mobilitásra szert tenni azáltal, hogy a felhasználó gondolatait mechanikus parancsokká alakítja. November 18-án a kutatók az iScience folyóiratban kimutatták, hogy a négylábú felhasználók hosszan tartó edzés után természetes, zsúfolt környezetben is használhatják az elme által irányított kerekesszéket.

Megmutatjuk, hogy mind a felhasználó, mind az agy-gép interfész algoritmus kölcsönös tanulása fontos az ilyen kerekesszékek sikeres kezeléséhez. Kutatásunk rávilágít a nem invazív agy-gép interfész technológia jobb klinikai megvalósításának lehetséges útjára.

José del R. Millán, a The University of Texas at Austin című tanulmány megfelelő szerzője

Millán és munkatársai három kvadriplegikust vettek fel a longitudinális vizsgálathoz. A résztvevők mindegyike hetente háromszor végzett képzést 2-5 hónapig. A résztvevők koponyakupakot viseltek, amely elektroencefalográfiával (EEG) rögzítette agyi aktivitásukat, amelyet egy agy-gép interfész eszközön keresztül mechanikus parancsokká alakítottak át a kerekesszékek számára. A résztvevőket arra kérték, hogy testrészeik mozgására gondolva szabályozzák a kerekesszék irányát. Konkrétan emlékezniük kellett arra, hogy mindkét kezüket mozgatják, hogy balra forduljanak, és mindkét lábukat, hogy jobbra forduljanak.

Az első tréningen három résztvevő hasonló szintű pontossággal rendelkezett - amikor az eszköz válaszai megegyeztek a felhasználók gondolataival - körülbelül 43% és 55% között. A képzés során a Brain Machine Interface Device csapata jelentős javulást észlelt az 1. résztvevő pontosságában, aki a képzés végén több mint 95%-os pontosságot ért el. A csapat azt is megfigyelte, hogy a 3. résztvevő pontossága 98%-ra nőtt edzése felénél, mielőtt a csapat új algoritmussal frissítette volna eszközét.

Az 1. és 3. résztvevőknél megfigyelt javulás korrelál a jellemzők megkülönböztetésének javulásával, azaz h. az algoritmus azon képessége, hogy meg tudja különböztetni a „menj balra” gondolatokra kódolt agyi aktivitásmintát a „menj jobbra” gondolatokhoz. A csapat úgy találta, hogy a jobb jellemzők megkülönböztetése nemcsak az eszköz gépi tanulásának, hanem a résztvevők agyában történő tanulásnak is az eredménye. Az 1. és 3. résztvevő EEG-je jelentős eltolódásokat mutatott az agyhullámok mintázataiban, mivel javították az eszköz elmekontrolljának pontosságát.

"Az EEG-eredményekből azt látjuk, hogy az alany megszilárdította azon képességét, hogy agya különböző részeit úgy modulálja, hogy egy mintát hozzon létre a "balra" és egy másik mintát a "jobbra" - mondja Millán. "Úgy gondoljuk, hogy a résztvevők tanulási folyamatának eredményeként agykérgi átrendeződés történt."

Az 1. és 3. résztvevővel összehasonlítva a 2. résztvevő agyi aktivitási mintáiban nem volt jelentős változás a tréning során. Pontossága csak kis mértékben nőtt az első néhány edzésen, de az edzési időszak hátralévő részében stabil maradt. Azt sugallja, hogy a gépi tanulás önmagában nem elegendő egy ilyen elme által irányított eszköz sikeres manőverezéséhez – mondja Millán

A tréning végén minden résztvevőt megkérték, hogy a tolószékével vezesse át a zsúfolt kórházi helyiséget. Olyan akadályokat kellett megkerülniük, mint a térelválasztó és a kórházi ágyak, amelyek a valós környezetet szimulálják. Mind az 1., mind a 3. résztvevő teljesítette a feladatot, míg a 2. résztvevő nem.

„Úgy tűnik, ahhoz, hogy valaki jó agy-gép interfész irányítást szerezzen, amely lehetővé teszi, hogy viszonylag összetett napi tevékenységeket végezzen, például kerekesszéket vezethessen természetes környezetben, neuroplasztikus átrendeződésre van szükség a kéregünkben” – mondja Millán.

A tanulmány kiemelte a hosszú távú felhasználói képzés szerepét is. Bár az 1. résztvevő a végén kiválóan teljesített, az első néhány edzésen ő is küzdött – mondja Millán. A longitudinális vizsgálat az egyik első, amely értékeli a non-invazív agy-gép interfész technológia klinikai megvalósítását quadriplegiás betegekben.

Ezután a csapat azt szeretné kideríteni, hogy a 2. résztvevő miért nem tapasztalta a tanulási hatást. Azt remélik, hogy részletesebb elemzést végezhetnek az egyes résztvevők agyi jeleiről, hogy megértsék a különbségeiket és a lehetséges beavatkozásokat azok számára, akik a jövőben a tanulási folyamattal küzdenek.

Ezt a munkát részben az Olasz Oktatási Minisztérium és a Padovai Egyetem Informatikai Intézete támogatta.

Forrás:

Cell Press

Referencia:

Tonin, L. és mtsai. (2022) Megtanuljuk irányítani a BMI-vel vezérelt kerekesszéket súlyos tetraplegiában szenvedők számára. iScience. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.