Dette implantat gør det muligt for lammede mennesker at skrive med deres sind

En tilslutning fra hjerne til computer tillod for nylig mennesker med svær ledsvaghed at skrive via direkte hjernekontrol ved de højeste hastigheder og nøjagtighedsniveauer, der er rapporteret til dato.

To af deltagerne har amyotrof lateral sklerose, også kaldet Lou Gehrigs sygdom, og den ene har en rygmarvsskade.

De havde hver en eller to baby-aspirin-størrelse elektrodearrayer placeret i deres hjerner til at registrere signaler fra motorbarken, en region, der kontrollerer muskelbevægelse. Signalerne blev sendt til en computer via et kabel og oversat af algoritmer til peg-og-klik-kommandoer, der styrede en markør til tegn på et skærmtastatur.

Efter minimalt træning mestrede hver deltager teknikken tilstrækkeligt til at overgå resultaterne af enhver tidligere test af hjernecomputergrænseflader eller BCI'er til forbedring af kommunikation hos mennesker med lignende svækket bevægelse. Især opnåede de skrivehastighederne uden brug af automatisk ordudfyldningsassistance, der er almindelig i elektroniske tastaturapplikationer i dag, hvilket sandsynligvis ville have øget deres ydeevne.

En deltager, Dennis Degray fra Menlo Park, Californien, var i stand til at skrive 39 korrekte tegn i minuttet, svarende til ca. otte ord i minuttet.


indre selv abonnere grafik


Denne peg-og-klik-tilgang kunne anvendes på en række computerenheder, inklusive smartphones og tablets, uden væsentlige ændringer, siger forskerne. Deres fund vises i tidsskriftet eLIFE.

”Dette er som et af de sejeste videospil, jeg nogensinde har fået at lege med. Og jeg behøver ikke engang at lægge en fjerdedel i det. ”

“Vores undersøgelses succes markerer en vigtig milepæl på vejen til forbedring af livskvaliteten for mennesker med lammelse,” siger Jaimie Henderson, professor i neurokirurgi ved Stanford University, der udførte to af de tre enhedsimplantationsprocedurer på Stanford Hospital. Den tredje fandt sted på Massachusetts General Hospital.

”Denne undersøgelse rapporterer den højeste hastighed og nøjagtighed med en faktor på tre, hvad der er vist før,” siger medforfatter Krishna Shenoy, professor i elektroteknik. "Vi nærmer os den hastighed, hvormed du kan skrive tekst på din mobiltelefon."

”Forestillingen er virkelig spændende,” siger den tidligere postdoktor Chethan Pandarinath, som nu har en fælles udnævnelse ved Emory University og Georgia Institute of Technology som assisterende professor i biomedicinsk teknik. ”Vi opnår kommunikationshastigheder, som mange mennesker med arm- og håndlammelse vil finde nyttige. Det er et kritisk skridt til at fremstille enheder, der kan være egnede til brug i den virkelige verden. ”

Shenoys laboratorium var banebrydende for de algoritmer, der blev brugt til at afkode de komplekse masser af elektriske signaler, der affyres af nerveceller i motorbarken, hjernens kommandocenter for bevægelse, og konvertere dem i realtid til handlinger, der normalt udføres af rygmarv og muskler.

"Disse højtydende BCI-algoritmer 'i human kliniske forsøg demonstrerer potentialet for denne klasse af teknologi til at gendanne kommunikation til mennesker med lammelse," siger postdoktor Paul Nuyujukian.

'Jeg tog affaldet ud i regnen'

Millioner af mennesker med lammelse bor i USA. Nogle gange kommer deres lammelse gradvist, som det forekommer i ALS. Nogle gange ankommer det pludselig, som i Degrays tilfælde.

Nu 64 år gammel blev Degray quadriplegic den 10. oktober 2007, da han faldt og fik en livsændrende rygmarvsskade. ”Jeg tog affaldet ud i regnen,” sagde han. Med affaldet i den ene hånd og genanvendelsen i den anden gled han på græsset og landede på hagen. Virkningen skånede hans hjerne, men skadede alvorligt rygsøjlen og afskærede al kommunikation mellem hans hjerne og muskulatur fra hovedet og ned. ”Jeg har intet under kravebenet,” siger han.

Degray modtog to enhedsimplantater fra Henderson i hænderne i august 2016. I adskillige efterfølgende forskningssessioner blev han og de to andre undersøgelsesdeltagere, der gennemgik lignende operationer, opfordret til at forsøge eller visualisere mønstre af ønsket arm-, hånd- og fingerbevægelse. Resulterende neurale signaler fra motorbarken blev elektronisk ekstraheret af de indlejrede optageenheder, transmitteret til en computer og oversat af Shenoys algoritmer til kommandoer, der styrer en markør på et skærmtastatur til deltager-specificerede tegn.

Den hurtige brune ræv ...

Forskerne målte, hvor hurtigt patienterne var i stand til korrekt at kopiere sætninger og sætninger - for eksempel "Den hurtige brune ræv sprang over den dovne hund." Gennemsnitlige priser var 7.8 ord pr. Minut for henholdsvis Degray og 6.3 og 2.7 ord pr. Minut for de to andre deltagere.

Undersøgelsessystemet anvendt i undersøgelsen, en intrakortikal hjerne-computer-interface kaldet BrainGate Neural Interface System, repræsenterer den nyeste generation af BCI'er. Tidligere generationer hentede signaler først via elektriske ledninger placeret i hovedbunden og derefter ved at være kirurgisk placeret på hjernens overflade under kraniet.

En intrakortikal BCI bruger en lille siliciumchip, lidt over en sjettedel af en tomme kvadrat, hvorfra der rager 100 elektroder, der trænger ind i hjernen til omkring en tykkelse af en fjerdedel og trykker ind i den elektriske aktivitet af individuelle nerveceller i motorisk cortex.

Henderson sammenlignede den resulterende forbedrede opløsning af neural sensing sammenlignet med den af ​​ældre generation af BCI'er, med at uddele klappemålere til individuelle medlemmer af et studiepublikum snarere end blot at placere dem i loftet, "så du kan fortælle, hvor hårdt og hvor hurtigt hver person i publikum klapper. ”

Trådløst system døgnet rundt

Dagen kommer - tættere på fem end ti år fra nu, forudsiger Shenoy - når et selvkalibrerende, fuldt implanteret trådløst system kan bruges uden hjælp fra plejepersonalet, har ingen kosmetisk indvirkning. og kan bruges døgnet rundt.

”Jeg kan ikke se nogen uoverstigelige udfordringer,” siger han. "Vi kender de skridt, vi skal tage for at komme derhen."

Degray, som fortsætter med at deltage aktivt i forskningen, vidste, hvordan han skulle skrive før sin ulykke, men var ingen ekspert på det. Han beskrev sin nyligt afslørede dygtighed på sproget i et videospilentusiast.

”Dette er som et af de sejeste videospil, jeg nogensinde har fået at lege med,” siger han. "Og jeg behøver ikke engang at lægge en fjerdedel i det."

Stanford-forskningsassistent Christine Blabe er også studiemedforfatter, ligesom BrainGate-forskere fra Massachusetts General Hospital og Case Western University.

Finansieringen kom fra National Institutes of Health, Stanford Office of Postdoctoral Affairs, Craig H. Neilsen Foundation, Stanford Medical Scientist Training Program, Stanford BioX-NeuroVentures, Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, Stanford Neuroscience Institute , Larry og Pamela Garlick, Samuel og Betsy Reeves, Howard Hughes Medical Institute, US Department of Veterans Affairs, MGH-Dean Institute for Integrated Research on Atrial Fibrillation and Stroke og Massachusetts General Hospital.

Stanfords Office of Technology Licensing har intellektuel ejendomsret til de interkortikale BCI-relaterede tekniske fremskridt, der er gjort i Shenoys laboratorium.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Kilde: Bruce Goldman for Stanford University

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon