Группа исследователей из французского Университета Гренобль-Альпы разработала алгоритм для нейрокомпьютерного интерфейса, который позволил практически полностью парализованному пациенту управлять экзоскелетом. В результате при помощи этого устройства мужчина смог пройти в общей сложности 145 метров в течение 39 исследовательских сеансов, сделав 480 шагов. Подробности о работе ученых опубликованы в The Lancet Neurology.
Отметим, что современные нейрокомпьютерные интерфейсы способны считывать электрические сигналы головного мозга, интерпретировать их и передавать управляющие команды на различные системы: коляску, роботизированный манипулятор или компьютеру, например, для набора текста. Вместе с тем, несмотря на то, что исследования в области нейрокомпьютерных интерфейсов ведутся активно, ученым пока не удалось создать систему, с помощью которой можно было бы реализовать быстрое и точное управление.
Новая разработка французских ученых позволяет относительно точно управлять экзоскелетом, предназначенным для передвижения всех четырех конечностей пользователя. В основе представленного нейрокомпьютерного интерфейса лежат два сенсорных модуля, закрепленные на правой и левой половинах головы. Эти сенсорные модули соединены с электродами, размещенными под черепной коробкой в районе сенсомоторной коры мозга. Каждый модуль соединен с 64 электродами. Электрические импульсы, регистрируемые модулями с помощью электродов, могут передаваться компьютеру или системе управления экзоскелетом.
Изначально в эксперименте должны были принять участие два парализованных добровольца, однако один из них выбыл, поскольку вживленные ему электроды перестали работать. Оставшийся участник, доброволец в возрасте 28 лет, практически полностью парализован ниже плеч с 2015 года, когда в результате падения с балкона повредил спинной мозг. Он может только двигать бицепсом и кистью левой руки, причем эти движения крайне ограничены. Мужчину подключили к нейрокомпьютерному интерфейсу два года назад, после чего он проходил постепенное обучение: учился управлять роботизированными манипуляторами, аватаром в виртуальной реальности и экзоскелетом.
В общей сложности доброволец потратил на обучение 95 дней в домашних условиях и 45 дней в условиях лаборатории. Экзоскелет, которым учился управлять мужчина, имеет 14 подвижных соединений и 14 степеней свободы. Для управления экзоскелетом добровольцу пришлось учиться не только одновременно контролировать все четыре конечности, но также управлять дополнительными электронными переключателями, в частности, включающим и выключающим режим ходьбы.
На сегодняшний день пациент способен справиться с выполнением задач, требующих трех степеней свободы, с вероятностью 99%, и с вероятностью 71% — в случае с задачами, требующими восьми степеней свободы. На время ходьбы в экзоскелете аппарат пока подвешивается к страховке, которая не дает ему заваливаться в стороны, однако дальнейшее обучение добровольца, как полагают ученые, позволит добровольцу сохранять баланс в экзоскелете самостоятельно. В настоящее время исследования продолжаются, и вскоре в них примут участие еще три добровольца.
Интересно, что одним из основных недостатков представленного решения является необходимость в его перекалибровке каждые 7 недель. В связи с этим ученые питают особые надежды на появление приборов по типу Neuralink, которые задействуют технологии машинного обучения для автоматической настройки нейрокомпьютерных интерфейсов.
По словам исследователей, в будущем такого рода устройства позволят вернуть парализованным людям некоторую автономность. Вместе с тем, несмотря на некоторые успехи, подчеркивают инженеры, пройдет еще немало времени, прежде чем экзоскелеты войдут в медицинскую практику.
Источник: N+1