Apmācība var palīdzēt lietotājiem ar prātu kontrolētus ratiņkrēslus dabiskās, pārblīvētās telpās.

Apmācība var palīdzēt lietotājiem ar prātu kontrolētus ratiņkrēslus dabiskās, pārblīvētās telpās.

Ar prātu kontrolēts ratiņkrēsls var palīdzēt paralizētam cilvēkam iegūt jaunas mobilitātes, pārvēršot lietotāja domas mehāniskās komandās. 18. novembrī pētnieki žurnālā iScience parāda, ka pēc ilgstošas ​​apmācības četrkāršie lietotāji var darbināt ar prātu kontrolētus ratiņkrēslus dabiskā, pārblīvētā vidē.

Mēs parādām, ka, lai lietotāji varētu veiksmīgi vadīt šādus ratiņkrēslus, ir svarīga gan lietotāja, gan smadzeņu un mašīnu saskarnes algoritma savstarpēja mācīšanās. Mūsu pētījumi izceļ potenciālu iespēju uzlabot neinvazīvās smadzeņu un mašīnas saskarnes tehnoloģijas klīnisko ieviešanu.

José del R. Millán, atbilstošais pētījuma autors, Teksasas Universitāte Ostinā

Milláns un viņa kolēģi garengriezuma pētījumam pieņēma darbā trīs četriniekus. Katrs no dalībniekiem pabeidza apmācības trīs reizes nedēļā 2 līdz 5 mēnešus. Dalībnieki valkāja galvaskausa vāciņu, kas reģistrēja viņu smadzeņu darbību, izmantojot elektroencefalogrāfiju (EEG), kas tika pārveidota par mehāniskām komandām ratiņkrēsliem, izmantojot smadzeņu un mašīnas saskarnes ierīci. Dalībniekiem tika lūgts kontrolēt ratiņkrēsla virzienu, domājot par savu ķermeņa daļu kustību. Konkrēti, viņiem bija jāatceras kustināt abas rokas, lai pagrieztos pa kreisi, un abas kājas, lai pagrieztos pa labi.

Pirmajā apmācību sesijā trim dalībniekiem bija līdzīgs precizitātes līmenis — kad ierīces atbildes atbilda lietotāju domām — robežās no aptuveni 43% līdz 55%. Apmācības laikā Brain Machine Interface Device komanda pamanīja būtisku 1. dalībnieka precizitātes uzlabošanos, kurš apmācības beigās sasniedza vairāk nekā 95% precizitāti. Komanda arī novēroja 3. dalībnieka precizitātes pieaugumu līdz 98% viņa apmācības pusceļā, pirms komanda atjaunināja viņa ierīci ar jaunu algoritmu.

1. un 3. dalībnieku novērotais uzlabojums korelē ar pazīmju diskriminācijas uzlabošanos, t.i., h. algoritma spēja atšķirt smadzeņu darbības modeli, kas kodēts domām "iet pa kreisi" no domām "iet pa labi". Komanda atklāja, ka labāka funkciju diskriminācija bija ne tikai ierīces mašīnmācības rezultāts, bet arī mācīšanās dalībnieku smadzenēs. 1. un 3. dalībnieka EEG uzrādīja būtiskas smadzeņu viļņu modeļu izmaiņas, jo tās uzlaboja ierīces prāta kontroles precizitāti.

"No EEG rezultātiem mēs redzam, ka subjekts ir nostiprinājis spēju modulēt dažādas smadzeņu daļas, lai radītu vienu modeli" pa kreisi" un citu modeli "iet pa labi"," saka Millāns. "Mēs uzskatām, ka notiek kortikāla reorganizācija, kas notika dalībnieku mācību procesa rezultātā."

Salīdzinot ar 1. un 3. dalībnieku, 2. dalībniekam nebija būtisku izmaiņu smadzeņu darbības modeļos visā apmācības laikā. Viņa precizitāte pirmajās dažās sesijās palielinājās tikai nedaudz, bet atlikušajā treniņa periodā saglabājās stabila. Tas liecina, ka ar mašīnmācību vien nepietiek, lai veiksmīgi manevrētu ar šādu prāta kontrolētu ierīci, saka Millāns

Apmācības beigās visiem dalībniekiem tika lūgts braukt ar ratiņkrēsliem cauri pārpildītai slimnīcas telpai. Viņiem bija jānovērš šķēršļi, piemēram, telpu dalītājs un slimnīcas gultas, kas ir uzstādītas, lai imitētu reālo vidi. Gan 1., gan 3. dalībnieks uzdevumu izpildīja, bet 2. dalībnieks to neizpildīja.

"Šķiet, ka, lai kāds iegūtu labu smadzeņu un mašīnas saskarnes vadību, kas ļauj veikt salīdzinoši sarežģītas ikdienas darbības, piemēram, vadīt ratiņkrēslu dabiskā vidē, mūsu garozā ir nepieciešama neiroplastiska reorganizācija," saka Millāns.

Pētījumā tika uzsvērta arī lietotāju ilgtermiņa apmācības nozīme. Lai gan dalībnieks 1 beigās darbojās lieliski, viņš arī cīnījās pirmajos treniņos, saka Millāns. Garengriezuma pētījums ir viens no pirmajiem, kas novērtē neinvazīvās smadzeņu un mašīnas saskarnes tehnoloģijas klīnisko ieviešanu četrkāršiem pacientiem.

Tālāk komanda vēlas noskaidrot, kāpēc 2. dalībnieks neizjuta mācīšanās efektu. Viņi cer veikt detalizētāku katra dalībnieka smadzeņu signālu analīzi, lai izprastu to atšķirības un iespējamo iejaukšanos cilvēkiem, kuri nākotnē cīnās ar mācību procesu.

Šo darbu daļēji atbalstīja Itālijas Izglītības ministrija un Padujas Universitātes Informācijas tehnoloģiju institūts.

Avots:

Šūnu nospiediet

Atsauce:

Tonin, L., et al. (2022) Mācīšanās kontrolēt ĶMI kontrolētu ratiņkrēslu cilvēkiem ar smagu tetraplēģiju. iZinātne. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.