Mokymai gali padėti keturkampiams naudotojams valdyti proto valdomus vežimėlius natūraliose, netvarkingose ​​erdvėse

Mokymai gali padėti keturkampiams naudotojams valdyti proto valdomus vežimėlius natūraliose, netvarkingose ​​erdvėse

Protu valdomas neįgaliojo vežimėlis gali padėti paralyžiuotam žmogui įgyti naują mobilumą, paversdamas vartotojo mintis mechaninėmis komandomis. Lapkričio 18 d. mokslininkai žurnale iScience parodė, kad po ilgų treniruočių keturkampiai vartotojai gali valdyti proto valdomus vežimėlius natūralioje, netvarkingoje aplinkoje.

Mes parodome, kad naudotojams, norint sėkmingai valdyti tokius vežimėlius, svarbus abipusis vartotojo ir smegenų ir mašinos sąsajos algoritmo mokymasis. Mūsų tyrimai atskleidžia galimą neinvazinės smegenų ir mašinos sąsajos technologijos tobulinimo klinikinį įgyvendinimą.

José del R. Millán, atitinkamas tyrimo autorius, Teksaso universitetas Ostine

Millánas ir jo kolegos išilginiam tyrimui įdarbino tris keturkampius. Kiekvienas iš dalyvių baigė mokymus tris kartus per savaitę nuo 2 iki 5 mėnesių. Dalyviai dėvėjo kaukolės dangtelį, kuris užfiksavo jų smegenų veiklą per elektroencefalografiją (EEG), kuri buvo paversta mechaninėmis komandomis neįgaliųjų vežimėliams naudojant smegenų ir mašinos sąsajos įrenginį. Dalyviai buvo paprašyti valdyti vežimėlio judėjimo kryptį galvojant apie savo kūno dalių judėjimą. Tiksliau, jie turėjo nepamiršti pajudinti abi rankas, kad pasuktų į kairę, ir abi kojas, kad pasuktų į dešinę.

Pirmoje mokymo sesijoje trijų dalyvių tikslumo lygis buvo panašus – kai įrenginio atsakymai atitiko naudotojų mintis – svyravo nuo maždaug 43% iki 55%. Mokymų metu „Brain Machine Interface Device“ komanda pastebėjo reikšmingą 1 dalyvio tikslumo pagerėjimą, kuris mokymosi pabaigoje pasiekė daugiau nei 95 % tikslumo. Komanda taip pat pastebėjo, kad įpusėjus treniruotei 3 dalyvio tikslumas padidėjo iki 98%, kol komanda atnaujino jo įrenginį nauju algoritmu.

1 ir 3 dalyvių pastebėtas pagerėjimas koreliuoja su požymių diskriminacijos pagerėjimu, ty h. algoritmo gebėjimas atskirti smegenų veiklos modelį, užkoduotą mintims „eiti į kairę“ nuo „eiti į dešinę“ mintims. Komanda nustatė, kad geresnė funkcijų diskriminacija buvo ne tik įrenginio mašininio mokymosi, bet ir mokymosi dalyvių smegenyse rezultatas. 1 ir 3 dalyvių EEG parodė reikšmingus smegenų bangų modelių pokyčius, nes jie pagerino prietaiso proto valdymo tikslumą.

„Iš EEG rezultatų matome, kad tiriamasis sustiprino gebėjimą moduliuoti skirtingas savo smegenų dalis, kad sukurtų vieną šabloną „eikite į kairę“, o kitą – „eikite į dešinę“, – sako Millán. "Manome, kad yra žievės reorganizacija, kuri įvyko dėl dalyvių mokymosi proceso."

Palyginti su 1 ir 3 dalyviais, 2 dalyvis neturėjo reikšmingų smegenų veiklos pokyčių per visą mokymą. Jo tikslumas tik šiek tiek padidėjo per pirmąsias kelias sesijas, bet išliko stabilus likusią treniruotės dalį. Tai rodo, kad vien mašininio mokymosi nepakanka norint sėkmingai manevruoti tokiu protu valdomu įrenginiu, sako Millán

Mokymų pabaigoje visų dalyvių buvo paprašyta važiuoti neįgaliųjų vežimėliais per sausakimšą ligoninės kambarį. Jie turėjo apeiti tokias kliūtis kaip kambario pertvara ir ligoninių lovos, kurios sukurtos taip, kad imituotų tikrąją aplinką. Tiek 1, tiek 3 dalyviai atliko užduotį, o 2 dalyvis jos neatliko.

„Atrodo, kad norint, kad kas nors įgytų gerą smegenų ir mašinos sąsajos valdymą, leidžiantį atlikti gana sudėtingą kasdienę veiklą, pavyzdžiui, vairuoti neįgaliojo vežimėlį natūralioje aplinkoje, mūsų žievėje reikalinga neuroplastinė pertvarka“, – sako Millán.

Tyrimas taip pat pabrėžė ilgalaikio vartotojų mokymo vaidmenį. Nors 1 dalyvis pabaigoje pasirodė puikiai, jis taip pat sunkiai dirbo per pirmąsias kelias treniruotes, sako Millán. Išilginis tyrimas yra vienas iš pirmųjų, įvertinusių neinvazinės smegenų ir mašinos sąsajos technologijos klinikinį įgyvendinimą keturračiais sergantiems pacientams.

Toliau komanda nori išsiaiškinti, kodėl 2 dalyvis nepatyrė mokymosi efekto. Jie tikisi atlikti išsamesnę kiekvieno dalyvio smegenų signalų analizę, kad suprastų jų skirtumus ir galimas intervencijas žmonėms, kurie ateityje kovos su mokymosi procesu.

Šį darbą iš dalies parėmė Italijos švietimo ministerija ir Padujos universiteto Informacinių technologijų institutas.

Šaltinis:

Ląstelės spauda

Nuoroda:

Tonin, L. ir kt. (2022) Mokymasis valdyti KMI valdomą invalido vežimėlį žmonėms, sergantiems sunkia tetraplegija. iScience. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.