Изследователи от Университета на Минесота, побратимени градове, са разработили по-точна, по-малко инвазивна технология, която позволява на хората с ампутирани крайници да движат роботизирана ръка, използвайки мозъчните си сигнали вместо мускулите си.
Много настоящи търговски протези на крайниците използват система от кабели и колани, които се управляват от раменете или гърдите, а по-напредналите крайници използват сензори, за да улавят фините мускулни движения в съществуващия крайник на пациента над устройството. Но и двата варианта могат да бъдат тромави, неинтуитивни и да отнемат месеци практика на хората с ампутирани кости, за да се научат как да ги движат.
Изследователи от катедрата по биомедицинско инженерство на университета, с помощта на сътрудници от индустрията, създадоха малко имплантируемо устройство, което се прикрепя към периферния нерв в ръката на човек. Когато се комбинира с компютър с изкуствен интелект и роботизирана ръка, устройството може да чете и интерпретира мозъчни сигнали, позволявайки на хората с ампутирани горни крайници да контролират ръката, използвайки само мислите си.
Последната статия на изследователите е публикувана в Journal of Neural Engineering, рецензирано научно списание за интердисциплинарната област на невронното инженерство.
„Това е много по-интуитивно от която и да е търговска система там“, каза Джулс Ан Туан Нгуен, постдокторантски изследовател и доктор по биомедицинско инженерство в Университета на Минесота. завършвам. „С други търговски системи за протези, когато хората с ампутирани крачки искат да помръднат пръста си, те всъщност не мислят за това. Те се опитват да активират мускулите на ръката си, тъй като това е, което системата разчита. Поради това тези системи изискват много учене и практика. За нашата технология, тъй като ние интерпретираме нервния сигнал директно, тя знае намерението на пациента. Ако искат да си помръднат пръста, всичко, което трябва да направят, е да си помислят как да го помръднат.”
Нгуен работи върху това изследване от около 10 години с доцента Жи Янг от катедрата по биомедицинско инженерство на Университета на Минесота и беше един от ключовите разработчици на технологията за невронни чипове.
Проектът започна през 2012 г., когато Едуард Кийфър, невролог в индустрията и главен изпълнителен директор на Nerves, Incorporated, се обърна към Янг за създаването на нервен имплант, който може да бъде от полза за хората с ампутирани крачки. Двамата получиха финансиране от Агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната (DARPA) на правителството на САЩ и оттогава са провели няколко успешни клинични изпитвания с истински ампутирани.
Изследователите също са работили с офиса за комерсиализация на технологиите на Университета на Минесота, за да създадат стартираща компания, наречена Fasikl – игра на думата „фасцикъл“, която се отнася до сноп от нервни влакна – за комерсиализиране на технологията.
„Фактът, че можем да повлияем на реални хора и един ден да подобрим живота на пациентите, е наистина важен“, каза Нгуен. „Забавно е да разработваш нови технологии, но ако просто правиш експерименти в лаборатория, това не засяга пряко никого. Ето защо искаме да бъдем в Университета на Минесота и да участваме в клинични изпитвания. През последните три или четири години имах привилегията да работя с няколко човешки пациенти. Мога да стана наистина емоционален, когато мога да им помогна да си помръднат пръста или да им помогна да направят нещо, което преди не са смятали за възможно.“
Голяма част от това, което кара системата да работи толкова добре в сравнение с подобни технологии, е включването на изкуствен интелект, който използва машинно обучение, за да помогне за тълкуването на сигналите от нервите.
„Изкуственият интелект има огромната способност да помогне да се обяснят много връзки“, каза Янг. „Тази технология ни позволява да записваме точно данни за хора, нервни данни. С този тип нервни данни системата AI може да запълни празнините и да определи какво се случва. Това е наистина голямо нещо, да можем да комбинираме тази нова технология за чипове с AI. Може да помогне да се отговори на много въпроси, на които не сме могли да отговорим преди.“
Технологията има ползи не само за ампутираните, но и за други пациенти, които страдат от неврологични разстройства и хронична болка. Янг вижда бъдеще, в което вече няма да са необходими инвазивни мозъчни операции и вместо това мозъчните сигнали могат да бъдат достъпни през периферния нерв.
Освен това, имплантируемият чип има приложения, които надхвърлят медицината.
В момента системата изисква кабели, които преминават през кожата, за да се свържат с външния AI интерфейс и роботизираната ръка. Но ако чипът можеше да се свърже отдалечено с всеки компютър, това би дало на хората възможността да контролират своите лични устройства - кола или телефон, например - с ума си.
„Някои от тези неща наистина се случват. Много изследвания преминават от така наречената категория „фантазия“ към научната категория“, каза Янг. „Тази технология със сигурност е предназначена за хора с ампутирани крайници, но ако говорим за истинския й потенциал, това може да е приложимо за всички нас.“
В допълнение към Nguyen, Yang и Keefer, други сътрудници на този проект включват доцент Catherine Qi Zhao и изследовател Ming Jiang от Департамента по компютърни науки и инженерство на Университета на Минесота; Професор Джонатан Ченг от Югозападния медицински център на Тексаския университет; и всички членове на групата на лабораторията по невроелектроника на Янг в катедрата по биомедицинско инженерство на Университета на Минесота.
Гледайте видеоклип, за да научите повече и да видите роботизираната ръка в действие.
