Блоги
Разработанный французскими исследователями нейрокомпьютерный интерфейс позволил парализованному человеку управлять экзоскелетом

Разработанный французскими исследователями нейрокомпьютерный интерфейс позволил парализованному человеку управлять экзоскелетом

Разработанный французскими исследователями нейрокомпьютерный интерфейс позволил парализованному человеку управлять экзоскелетом


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.

Процесс обучения в виртуальной реальности подразумевал переход от простых задач к сложным. Например,.в случае обучения контролю верхних конечностей пациент сначала учился просто двигать виртуальными руками. После этого он тренировался включать и выключать виртуальные переключатели, затем — играть в простую видеоигру в стиле Pong. Наконец в одном из последних заданий, направленных на освоение управления цифровыми руками, добровольцу нужно было научиться точно вращать виртуальной кистью. Впоследствии эти знания пригодились при выполнении тестовых заданий с 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


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: