Minnesotan yliopiston ystävyyskaupunkien tutkijat ovat kehittäneet tarkemman, vähemmän invasiivisen tekniikan, jonka avulla amputoidut voivat liikuttaa robottikäsiä käyttämällä aivosignaalejaan lihasten sijaan.
Monet nykyiset kaupalliset raajojen proteesit käyttävät kaapeli- ja valjaat, joita ohjataan hartioilla tai rintakehällä, ja kehittyneemmät raajat käyttävät antureita potilaan hienovaraisten lihasten liikkeiden havaitsemiseen laitteen yläpuolella. Molemmat vaihtoehdot voivat kuitenkin olla hankalia, epäintuitiivisia ja vaatia kuukausien harjoittelua, jotta amputoidut oppivat liikuttamaan niitä.
Yliopiston biolääketieteen tekniikan laitoksen tutkijat ovat alan yhteistyökumppaneiden avulla luoneet pienen, implantoitavan laitteen, joka kiinnittyy ihmisen käsivarren ääreishermoon. Yhdistettynä tekoälytietokoneeseen ja robottikäsivarteen laite pystyy lukemaan ja tulkitsemaan aivojen signaaleja, jolloin yläraajojen amputoidut voivat hallita käsivartta vain ajatuksillaan.
Tutkijoiden viimeisin artikkeli on julkaistu Journal of Neural Engineering -lehdessä, joka on vertaisarvioitu tieteellinen aikakauslehti hermotekniikan monitieteisestä kentästä.
"Se on paljon intuitiivisempi kuin mikään kaupallinen järjestelmä", sanoi Jules Anh Tuan Nguyen, tutkijatohtori ja Minnesota Twin Citiesin yliopiston biolääketieteen tekniikan tohtori. valmistua. ”Muissa kaupallisissa proteesijärjestelmissä, kun amputoidut haluavat liikuttaa sormea, he eivät itse asiassa ajattele sormen liikuttamista. He yrittävät aktivoida kätensä lihaksia, koska järjestelmä lukee sen. Tästä syystä nämä järjestelmät vaativat paljon oppimista ja harjoittelua. Teknologiamme kannalta, koska tulkitsemme hermosignaalin suoraan, se tietää potilaan tarkoituksen. Jos he haluavat liikuttaa sormea, heidän tarvitsee vain ajatella sormen liikuttamista."
Nguyen on työskennellyt tämän tutkimuksen parissa noin 10 vuotta Minnesotan yliopiston biolääketieteen tekniikan laitoksen apulaisprofessori Zhi Yangin kanssa ja oli yksi hermosiruteknologian tärkeimmistä kehittäjistä.
Projekti alkoi vuonna 2012, kun Edward Keefer, alan neurotieteilijä ja Nerves, Incorporatedin toimitusjohtaja, pyysi Yangia luomaan hermoimplanttia, josta voisi olla hyötyä amputoituneille. Pariskunta sai rahoitusta Yhdysvaltain hallituksen DARPA:lta (Defence Advanced Research Projects Agency), ja he ovat sittemmin suorittaneet useita onnistuneita kliinisiä tutkimuksia oikeilla amputoiduilla.
Tutkijat työskentelivät myös Minnesotan yliopiston teknologian kaupallistamistoimiston kanssa perustaakseen startup-yrityksen nimeltä Fasikl – leikki sanalla "fascicle", joka viittaa hermosäikimppuun - teknologian kaupallistamiseksi.
"Se, että voimme vaikuttaa todellisiin ihmisiin ja jonain päivänä parantaa ihmispotilaiden elämää, on todella tärkeää", Nguyen sanoi. ”On hauskaa päästä kehittämään uusia teknologioita, mutta jos teet vain kokeita laboratoriossa, se ei vaikuta suoraan keneenkään. Siksi haluamme olla Minnesotan yliopistossa ja osallistua kliinisiin kokeisiin. Viimeisen kolmen tai neljän vuoden ajan minulla on ollut etuoikeus työskennellä useiden ihmispotilaiden kanssa. Voin tulla todella tunteelliseksi, kun voin auttaa heitä liikuttamaan sormeaan tai auttaa heitä tekemään jotain, mitä he eivät aiemmin uskoneet mahdolliseksi."
Suuri osa siitä, mikä saa järjestelmän toimimaan niin hyvin verrattuna vastaaviin teknologioihin, on tekoäly, joka käyttää koneoppimista tulkitsemaan hermosta tulevia signaaleja.
"Tekoälyllä on valtava kyky auttaa selittämään monia suhteita", Yang sanoi. "Tämän tekniikan avulla voimme tallentaa ihmistietoja, hermotietoja, tarkasti. Tällaisilla hermotiedoilla tekoälyjärjestelmä voi täyttää aukot ja määrittää, mitä tapahtuu. Se on todella iso asia, että voimme yhdistää tämän uuden siruteknologian tekoälyyn. Se voi auttaa vastaamaan moniin kysymyksiin, joihin emme aiemmin voineet vastata."
Teknologiasta on hyötyä amputoitujen potilaiden lisäksi myös muille potilaille, jotka kärsivät neurologisista häiriöistä ja kroonisesta kivusta. Yang näkee tulevaisuuden, jossa invasiivisia aivoleikkauksia ei enää tarvita ja aivosignaalit voidaan saada käsiksi ääreishermon kautta.
Lisäksi implantoitavassa sirussa on sovelluksia, jotka ulottuvat lääketieteen lisäksi.
Järjestelmä tarvitsee tällä hetkellä johtoja, jotka tulevat ihon läpi, jotta ne voidaan yhdistää ulkoiseen tekoälyliitäntään ja robottivarteen. Mutta jos siru voisi yhdistää etäyhteyden mihin tahansa tietokoneeseen, se antaisi ihmisille mahdollisuuden ohjata henkilökohtaisia laitteitaan - esimerkiksi autoa tai puhelinta - mielellään.
"Jotkut näistä asioista todella tapahtuvat. Monet tutkimukset ovat siirtymässä niin sanotusta "fantasia"-kategoriasta tieteelliseen kategoriaan", Yang sanoi. "Tämä tekniikka on varmasti suunniteltu amputoituneille, mutta jos puhutaan sen todellisista mahdollisuuksista, tämä voisi päteä meihin kaikkiin."
Nguyenin, Yangin ja Keeferin lisäksi muita tämän projektin yhteistyökumppaneita ovat apulaisprofessori Catherine Qi Zhao ja tutkija Ming Jiang Minnesotan yliopiston tietojenkäsittelytieteen ja tekniikan laitokselta. Professori Jonathan Cheng Texasin yliopiston Southwestern Medical Centeristä; ja kaikki Minnesotan yliopiston biolääketieteen laitoksen Yang's Neuroelectronics Labin ryhmän jäsenet.
Katso video, niin saat lisätietoja ja näet robottikäsivarren toiminnassa.
