Antrenamentul poate ajuta utilizatorii tetraplegici să opereze scaune cu rotile controlate de minte în spații naturale, aglomerate

Antrenamentul poate ajuta utilizatorii tetraplegici să opereze scaune cu rotile controlate de minte în spații naturale, aglomerate

Un scaun cu rotile controlat de minte poate ajuta o persoană paralizată să obțină o nouă mobilitate prin traducerea gândurilor utilizatorului în comenzi mecanice. Pe 18 noiembrie, cercetătorii arată în jurnalul iScience că, după antrenament prelungit, utilizatorii tetraplegici pot folosi scaune cu rotile controlate de minte într-un mediu natural, aglomerat.

Arătăm că învățarea reciprocă atât a utilizatorului, cât și a algoritmului de interfață creier-mașină este importantă pentru ca utilizatorii să opereze cu succes astfel de scaune cu rotile. Cercetarea noastră evidențiază o cale potențială pentru implementarea clinică îmbunătățită a tehnologiei de interfață neinvazivă creier-mașină.”

José del R. Millán, autorul corespondent al studiului, Universitatea din Texas din Austin

Millán și colegii săi au recrutat trei tetraplegici pentru studiul longitudinal. Fiecare dintre participanți a completat sesiuni de formare de trei ori pe săptămână timp de 2 până la 5 luni. Participanții au purtat o calotă care le-a înregistrat activitatea creierului prin electroencefalografie (EEG), care a fost transformată în comenzi mecanice pentru scaunele cu rotile printr-un dispozitiv de interfață creier-mașină. Participanții au fost rugați să controleze direcția scaunului cu rotile gândindu-se la mișcarea părților corpului lor. Mai exact, au trebuit să-și amintească să miște ambele mâini pentru a vira la stânga și ambele picioare pentru a vira la dreapta.

În prima sesiune de antrenament, trei participanți au avut niveluri similare de acuratețe - când răspunsurile dispozitivului se potriveau cu gândurile utilizatorilor - variind de la aproximativ 43% la 55%. Pe parcursul instruirii, echipa Brain Machine Interface Device a observat o îmbunătățire semnificativă a preciziei pentru Participantul 1, care a obținut o precizie de peste 95% la sfârșitul antrenamentului său. Echipa a observat, de asemenea, o creștere a preciziei Participantului 3 la 98% la jumătatea antrenamentului, înainte ca echipa să-și actualizeze dispozitivul cu un nou algoritm.

Îmbunătățirea observată la participanții 1 și 3 se corelează cu o îmbunătățire a discriminării caracteristicilor, adică h. capacitatea algoritmului de a distinge modelul de activitate cerebrală codificat pentru gândurile „mergi la stânga” de cel pentru gândurile „mergi la dreapta”. Echipa a descoperit că discriminarea mai bună a caracteristicilor nu a fost doar rezultatul învățării automate a dispozitivului, ci și al învățării în creierul participanților. EEG-ul participanților 1 și 3 a arătat schimbări semnificative în modelele undelor cerebrale, deoarece au îmbunătățit acuratețea dispozitivului de control al minții.

„Din rezultatele EEG vedem că subiectul și-a consolidat capacitatea de a-și modula diferite părți ale creierului pentru a produce un model pentru „mergi la stânga” și un alt model pentru „mergi la dreapta”, spune Millán. „Credem că există o reorganizare corticală care a avut loc ca urmare a procesului de învățare al participanților”.

În comparație cu participanții 1 și 3, participantul 2 nu a avut modificări semnificative în tiparele activității creierului pe parcursul antrenamentului. Precizia sa a crescut doar ușor în primele câteva sesiuni, dar a rămas stabilă pentru restul perioadei de antrenament. Acesta sugerează că numai învățarea automată nu este suficientă pentru a manevra cu succes un astfel de dispozitiv controlat de minte, spune Millán.

La sfârșitul instruirii, toți participanții au fost rugați să-și conducă scaunele cu rotile printr-o cameră de spital aglomerată. Au fost nevoiți să ocolească obstacole, cum ar fi un separator de cameră și paturi de spital, care sunt configurate pentru a simula mediul real. Atât participanții 1, cât și 3 au finalizat sarcina, în timp ce participantul 2 nu a finalizat-o.

„Se pare că pentru ca cineva să dobândească un control bun al interfeței creier-mașină, care îi permite să desfășoare activități zilnice relativ complexe, cum ar fi conducerea unui scaun cu rotile într-un mediu natural, este nevoie de o reorganizare neuroplastică a cortexului nostru”, spune Millán.

Studiul a evidențiat, de asemenea, rolul instruirii pe termen lung a utilizatorilor. Deși Participantul 1 a avut rezultate excelente în cele din urmă, el a avut probleme și în primele sesiuni de antrenament, spune Millán. Studiul longitudinal este unul dintre primele care evaluează implementarea clinică a tehnologiei de interfață non-invazivă creier-mașină la pacienții tetraplegici.

În continuare, echipa dorește să afle de ce Participantul 2 nu a experimentat efectul de învățare. Ei speră să efectueze o analiză mai detaliată a semnalelor creierului fiecărui participant pentru a înțelege diferențele și posibilele intervenții pentru persoanele care se luptă cu procesul de învățare în viitor.

Această lucrare a fost susținută parțial de Ministerul Italian al Educației și Institutul de Tehnologia Informației de la Universitatea din Padova.

Sursă:

Presă celulară

Referinţă:

Tonin, L., și colab. (2022) Învățarea să controleze un scaun cu rotile controlat de IMC pentru persoanele cu tetraplegie severă. iScience. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

.