Мозъчен имплант с размер на хартия и изкуствен интелект биха могли да помогнат
От Andrada Lăutaru, сряда, 23 септември 2020 г., 19:00 ч. Последна актуализация в сряда, 23 септември 2020 г., 07:08
Изследователи от институт в Сан Франциско постигат напредък в опитите да изградят партньорство между две учебни системи - мозъка и компютъра - една, която би дала парализирани пациенти надежда, че ще могат отново да контролират ръцете и краката си.
Изследователи от UC San Francisco Weill Institute of Neuroscience, работещи върху контролиран от мозъка протезен крайник (BCI - интерфейс, контролиран от мозъка), показаха, че техниките за машинно обучение помагат на човек с парализа да се научи да контролира компютърния курсор, използвайки активността на мозъка, без да изисква обширна ежедневна активност, както в предишните интерфейси, отбелязва публикацията Nanowerk, специализирана в нанотехнологиите, клон, който се занимава, наред с други неща, с производството на малки молекулярни устройства.
„Технологията BCI постигна значителен напредък през последните години, но тъй като съществуващите системи трябваше да се нулират и калибрират всеки ден, те не успяха да влязат в естествените процеси на обучение на мозъка. Това е все едно да помолите някого да се научи да кара колело отново и отново, започвайки от нулата “, казва водещият автор на изследването Карунеш Гангули, д-р, доцент, доцент в катедрата по неврология в UCSF. Nanowerk.
„Адаптирането на изкуствена учебна система да функционира безпроблемно със сложни дългосрочни модели на обучение на мозъка е нещо, което досега не е демонстрирано при човек с парализа“, добави той.
Електродни системи, поставени на повърхността на мозъка
Постигането на “plug and play” производителност демонстрира стойността на така наречените ECoG електродни решетки за BCI (мозъчно контролиран интерфейс) приложения. ECoG матрицата включва тампон с електрод с размер на хартия, който е поставен хирургично на повърхността на мозъка.
Те позволяват стабилни дългосрочни записи на невронна активност и са одобрени за мониторинг на гърчове при пациенти с епилепсия, обяснява Nanowerk.
В новия си доклад, публикуван в Nature Biotechnology ("Plug-and-play контрол на интерфейс мозък-компютър чрез стабилизиране на невронната карта"), екипът на Ganguly документира използването на ECoG електродна решетка при индивид с парализа на четирите крайника. (квадриплегия).
В тази статия участникът използва импланта за управление на курсора на компютър на екран.
Изследователите са разработили алгоритъм, който използва машинно обучение, за да съответства на мозъчната активност, записана от електродите ECoG, с желаните движения на курсора от потребителя.
Първоначално изследователите следваха стандартната практика за нулиране на алгоритъма всеки ден. Участникът започна, като си представи движения, характерни за врата и китката, докато гледа курсора на екрана.
Постепенно компютърният алгоритъм се актуализира, за да съответства на движенията на курсора с генерираната от мозъка дейност, като ефективно прехвърля контрола на курсора към потребителя.
„Виждаме това като опит за изграждане на партньорство между две системи за обучение - мозъка и компютъра - което в крайна сметка ще позволи на изкуствения интерфейс да се превърне в продължение на потребителя, като собствената му ръка“, каза той. Ganguly, практикуващ невролог, според Nanowerk.
Такова незабавно представяне на BCI „включи и пусни“ отдавна е цел на полето, но не е достигнато, тъй като използваните от повечето изследователи електроди са склонни да се движат с течение на времето, променяйки сигналите, наблюдавани от всеки електрод. Също така, когато тези електроди навлизат в мозъчната тъкан, имунната система има тенденция да ги отхвърля, като постепенно влияе на техния сигнал, обяснява същият източник.
ECoG електродите са по-малко чувствителни от тези традиционни импланти, но тяхната дългосрочна стабилност изглежда компенсира този недостатък. Стабилността на записите на ECoG може да е още по-важна за дългосрочния контрол на по-сложни роботизирани системи, като изкуствени крайници, ключова цел на следващата фаза на изследванията на Ganguly, казва Наноуерк.
„Винаги сме били наясно с необходимостта да проектираме технология, която да не попадне в чекмедже, така да се каже, но която всъщност подобрява ежедневието на парализирани пациенти“, каза Гангули. "Тези данни показват, че базирани на ECoG интерфейси, контролирани от мозъка, биха могли да стоят в основата на такава технология", каза неврологът, според изданието.