Prva uspješna robotska ruka koju kontrolira um, bez implantanta u mozgu

Tim istraživača sa Sveučilišta Carnegie Mellon, u suradnji sa Sveučilištem u Minnesoti, postigao je napredak na području neinvazivne kontrole robotskih uređaja. Pomoću neinvazivnog sučelja mozak-računalo (BCI- Brain-Computer Interface), istraživači su razvili prvu uspješnu, robotiziranu rukom koja je kontrolirana umom, a ta ruka pokazala je sposobnost kontinuiranog praćenja pokazivača računala.

Mogućnost  neinvazivne kontrole robotskih uređaja koji koriste samo misli imat će široku primjenu, osobito korist u životima paraliziranih pacijenata i onih s poremećajima kretanja.

Do sada je BCI postizalo dobre performanse za upravljanje robotskim uređajima koji koriste samo signale koji se osjećaju iz moždanog implantata. Kada se robotski uređaji mogu kontrolirati s velikom preciznošću, oni se mogu koristiti za dovršavanje različitih dnevnih zadataka. Do sada su uspješni BCI-i u kontroli robotskih ruku koristili invazivne moždane implantate. Ovi implantati zahtijevaju znatnu medicinsku i kiruršku stručnost za ispravnu instalaciju i rad, a da ne spominjemo troškove i potencijalne rizike za ispitanike, a do sada njihova je uporaba bila ograničena na samo nekoliko kliničkih slučajeva.

Veliki izazov u BCI istraživanju je bio razviti manje invazivnu ili čak potpuno neinvazivnu tehnologiju koja bi omogućila paraliziranim pacijentima da kontroliraju svoje okruženje ili robotske udove koristeći vlastite “misli”. Takva neinvazivna tehnologija BCI, ako bude uspješna, donijela bi toliko potrebnu tehnologiju brojnim pacijentima, pa čak i potencijalno široj populaciji.

Međutim, BCI-i koji koriste neinvazivni vanjski senzor, umjesto implantanata u mozgu,  te primaju “nečiste” signale, što dovodi do trenutne niže rezolucije i manje precizne kontrole. Stoga, kada se koristi samo mozak za upravljanje robotskom rukom, neinvazivni BCI ima lošije performanse od onog s implantiranim uređajem.

Bin He, profesor i voditelj odjela biomedicinskog inženjerstva na Sveučilištu Carnegie Mellon, kaže kako je došlo do značajnog napredka kod kontroliranih robotskih uređaja pomoću implantanata u mozgu.

“Ali neinvazivno je krajnji cilj. Napredak u neuronskom dekodiranju i praktična korisnost neinvazivne kontrole robotske ruke imat će velike implikacije na eventualni razvoj neinvazivne neurorobotike.”

Koristeći tehnike senzorskog učenja i strojnog učenja, on i njegov laboratorij mogli su pristupiti signalima duboko u mozgu, postižući visoku rezoluciju kontrole nad robotskom rukom. S neinvazivnim neuroizazivanjem prevladavaju bučne EEG signale koji dovode do značajnog poboljšanja neuronskog dekodiranja temeljenog na EEG-u i pritom olakšava kontrolu u realnom vremenu s 2D robotskim uređajem.

U radu objavljenom u časopisu Science Robotics, tim je uspostavio novi okvir koji rješava i poboljšava komponente “mozga” i “računala”. Ovaj rad pokazuje da je jedinstveni pristup tima za rješavanje ovog problema ne samo pojačao učenje BCI-ja za gotovo 60% za tradicionalne zadatke centraliziranja, već je i poboljšao kontinuirano praćenje računalnog pokazivača za više od 500%.

Tehnologija također ima aplikacije koje bi mogle pomoći različitim ljudima, nudeći sigurno, neinvazivno “upravljanje umom” uređajima koji mogu omogućiti ljudima interakciju i kontrolu nad svojim okruženjem.

Tehnologija je do sada testirana na 68 ljudi (do 10 sesija za svakog subjekta), uključujući kontrolu virtualnog uređaja i kontrolu robotske ruke za kontinuirano praćenje. Tehnologija je izravno primjenjiva na pacijente, a tim planira provesti klinička ispitivanja u bliskoj budućnosti.

“Unatoč tehničkim izazovima koji koriste neinvazivne signale, u potpunosti smo predani uvođenju ove sigurne tehnologije ljudima koji mogu imati koristi od toga”, kaže He. “Ovaj rad predstavlja važan korak u neinvazivnim sučeljima između računala i mozga, tehnologije koja će jednog dana postati sveprisutna pomoćna tehnologija koja pomaže svima, poput pametnih telefona.”