Výzkumníci z University of Minnesota Twin Cities vyvinuli přesnější, méně invazivní technologii, která umožňuje amputovaným pohybovat robotickou paží pomocí mozkových signálů místo svalů.
Mnoho současných komerčních protetických končetin používá systém kabelů a postrojů, který je ovládán rameny nebo hrudníkem, a pokročilejší končetiny používají senzory k zachycení jemných pohybů svalů na stávající končetině pacienta nad zařízením. Obě možnosti však mohou být těžkopádné, neintuitivní a vyžadují měsíce praxe, aby se amputovaní naučili, jak s nimi pohybovat.
Výzkumníci z katedry biomedicínského inženýrství univerzity s pomocí průmyslových spolupracovníků vytvořili malé implantovatelné zařízení, které se připojuje k perifernímu nervu v paži člověka. V kombinaci s počítačem s umělou inteligencí a robotickou paží dokáže zařízení číst a interpretovat mozkové signály, což umožňuje osobám s amputací horní končetiny ovládat paži pouze pomocí svých myšlenek.
Nejnovější článek výzkumníků je publikován v Journal of Neural Engineering, odborně recenzovaném vědeckém časopise pro interdisciplinární oblast neurálního inženýrství.
„Je to mnohem intuitivnější než jakýkoli komerční systém,“ řekl Jules Anh Tuan Nguyen, postdoktorandský výzkumný pracovník a Ph.D. biomedicínského inženýrství University of Minnesota Twin Cities. absolvovat. "U jiných komerčních protetických systémů, když chtějí amputovaní pohnout prstem, ve skutečnosti nepřemýšlejí o pohybu prstu." Snaží se aktivovat svaly na paži, protože to je to, co systém čte. Kvůli tomu tyto systémy vyžadují hodně učení a praxe. Pro naši technologii, protože interpretujeme nervový signál přímo, zná záměr pacienta. Pokud chtějí pohnout prstem, stačí, když budou myslet na pohyb prstem.“
Nguyen na tomto výzkumu pracoval asi 10 let s docentem Zhi Yang na katedře biomedicínského inženýrství University of Minnesota a byl jedním z klíčových vývojářů technologie neuronových čipů.
Projekt začal v roce 2012, kdy Edward Keefer, průmyslový neurovědec a generální ředitel společnosti Nerves, Incorporated, oslovil Yanga ohledně vytvoření nervového implantátu, který by mohl být přínosem pro osoby po amputaci. Dvojice získala finanční prostředky od Agentury pro pokročilé obranné výzkumné projekty americké vlády (DARPA) a od té doby provedla několik úspěšných klinických studií se skutečnými amputáty.
Výzkumníci také spolupracovali s kanceláří pro komercializaci technologií na University of Minnesota na vytvoření startupu s názvem Fasikl – hra se slovem „fascicle“, které odkazuje na svazek nervových vláken – za účelem komercializace této technologie.
"Skutečnost, že můžeme ovlivnit skutečné lidi a jednoho dne zlepšit životy lidských pacientů, je opravdu důležitá," řekl Nguyen. „Je zábavné vyvíjet nové technologie, ale pokud děláte jen experimenty v laboratoři, nikoho to přímo neovlivní. To je důvod, proč chceme být na University of Minnesota a zapojit se do klinických studií. Poslední tři nebo čtyři roky jsem měl tu čest pracovat s několika lidskými pacienty. Mohu být opravdu emocionální, když jim mohu pomoci pohnout prstem nebo jim pomoci udělat něco, o čem si dříve nemysleli, že je možné.“
Velkou částí toho, proč systém funguje tak dobře ve srovnání s podobnými technologiemi, je začlenění umělé inteligence, která pomocí strojového učení pomáhá interpretovat signály z nervu.
"Umělá inteligence má ohromnou schopnost pomoci vysvětlit mnoho vztahů," řekl Yang. „Tato technologie nám umožňuje přesně zaznamenávat lidská data, nervová data. S tímto druhem nervových dat může systém umělé inteligence vyplnit mezery a určit, co se děje. To je opravdu velká věc, být schopen kombinovat tuto novou čipovou technologii s AI. Může pomoci odpovědět na spoustu otázek, na které jsme dříve nedokázali odpovědět.“
Tato technologie má výhody nejen pro osoby po amputaci, ale i pro ostatní pacienty, kteří trpí neurologickými poruchami a chronickou bolestí. Yang vidí budoucnost, kde již nebudou potřeba invazivní mozkové operace a mozkové signály budou místo toho dostupné prostřednictvím periferního nervu.
Implantovatelný čip má navíc aplikace, které přesahují medicínu.
V tuto chvíli systém vyžaduje dráty, které procházejí kůží, aby se mohly připojit k vnějšímu rozhraní AI a robotickému rameni. Pokud by se však čip mohl vzdáleně připojit k jakémukoli počítači, umožnil by lidem ovládat svá osobní zařízení – například auto nebo telefon – myslí.
„Některé z těchto věcí se skutečně dějí. Mnoho výzkumů se přesouvá z kategorie takzvané ‚fantasy‘ do kategorie vědecké,“ řekl Yang. "Tato technologie byla určitě navržena pro osoby po amputaci, ale pokud mluvíte o jejím skutečném potenciálu, mohlo by to být použitelné pro nás všechny."
Kromě Nguyena, Yanga a Keefera jsou na tomto projektu dalšími spolupracovníky docentka Catherine Qi Zhao a výzkumník Ming Jiang z katedry informatiky a inženýrství University of Minnesota; profesor Jonathan Cheng z University of Texas Southwestern Medical Center; a všichni členové skupiny Yang's Neuroelectronics Lab na katedře biomedicínského inženýrství University of Minnesota.
Podívejte se na video, kde se dozvíte více a uvidíte robotickou ruku v akci.
