Парализованный человек двигает пальцами, играет на Guitar Hero с этапом имплантации мозга

Ник Аннетта (справа) из Баттелла наблюдает за тем, как 24-летний Ян Буркхарт играет в видеоигру на гитаре, используя свою парализованную руку. Компьютерная микросхема в мозгу Буркхарта читает его мысли, декодирует их, а затем посылает сигналы в рукав на руке, что позволяет ему двигать рукой. Фото: Университет штата Огайо, Векснер, медицинский центр / Batelle

Шесть лет назад во время плавания в океане прибой 24-летний Ян Буркхарт потерял способность контролировать свои руки и ноги. Он нырнул под прибой, и волны толкнули его в песчаную отмель. Но сегодня, благодаря компьютерному чипу, внедренному в моторную кору его мозга, который расшифровывает его мозговую деятельность, он снова может двигать пальцами. Он может взять стакан и налить из него. Он даже может играть в Guitar Hero. Впервые интерфейс мозг-машина восстановил мышечный контроль у парализованного человека.

Но Burkhart может выполнять эти действия только в лабораторных условиях. Несмотря на то, что это огромный прогресс, он все еще далек от восстановления повседневного передвижения миллионам инвалидов по всему миру. Результаты проекта опубликованы сегодня в журнале Природа ,

Не киборг

Ситуация Буркхарта отличается от предыдущих компьютеризированных нейропротезов, которые позволяли пациентам манипулировать курсоры на экране компьютера или руководство роботизированные руки , Вместо того, чтобы манипулировать цифровым или механическим протезом, его имплантат обходит травму позвоночника, подавая сигналы мозга прямо в электронный рукав, что, в свою очередь, позволяет двигать его естественной руке.

«Существует технология, которая связывает сигналы мозга со сложными формами экзоскелетов», - сказал Али Резаи, соавтор исследования и директор Центра нейромодуляции Государственного университета штата Огайо. «Наш подход состоял в том, чтобы перейти к минимально инвазивному вмешательству, насколько это возможно, к наименьшему количеству операций и обеспечить… в этом случае носимое устройство, похожее на одежду, которое может носить пациент».

Машина и человек на самом деле учатся вместе. Имплантат Беркхарта состоит из чипа, меньшего размера и тоньше, чем десять центов, который проецирует 96 проводов - электродов - во внешние слои мозга.

Представьте себе микроскопическую расческу с крошечными металлическими зубцами. Эти электроды сканируют импульсы от сотен нейронов в той же области мозга, которая контролирует его руку. Металлический корпус защищает компьютерную микросхему, когда Burkhart не подключен к гильзе.

«Я больше не замечаю этого. Я мог бы заметить, что когда кто-то помогает мне одеться утром, натягивает футболку на голову или что-то в этом роде », - сказал Буркхарт. «Это размером с несколько монет, торчащих на макушке вашей головы, на которых надет защитный колпачок. Так что это действительно не слишком навязчиво для моей повседневной жизни ».

24-летний Ян Буркхарт никогда не думал, что снова сделает кредитную карту. Буркхарт был парализован с плеч после несчастного случая в дайвинге в 2010 году, но восстановил функциональное использование его руки благодаря технологии нейронного шунтирования. Фото: Университет штата Огайо, Векснер, медицинский центр / Batelle

В лаборатории ученые вставляют серое устройство размером с сигаретную коробку в чип в мозге Буркхарта. Эта коробка содержит электронные усилители, которые декодируют нейронные сигналы, улавливаемые тонкими электродами в мозге. Компьютер использует алгоритмы машинного обучения, которые расшифровывают и запоминают нервные паттерны, чтобы управлять электронным рукавом. Рукав направляет электрические импульсы на 130 точек на руке Буркхарта, заставляя его мышцы плавно двигаться.

«Машина и человек на самом деле учатся вместе», - сказал биоинженер Чед Бутон, который совместно разработал новый имплантат, работая в Мемориальном институте Баттелла в Огайо. «Существуют миллионы различных способов, миллионы комбинаций, которые вы могли бы придумать для соединения нейронов и повторного соединения этих нейронов с мышцами».

Исследователи использовали алгоритмы машинного обучения для распаковки этих шаблонов, которые уникальны для каждого человека.

«На вас не будут смотреть как:« О, я теперь киборг, потому что у меня есть этот большой, огромный протез на моей руке », - сказал Буркхарт. «Это что-то более естественное и интуитивное для изучения, потому что я вижу, как реагирует моя собственная рука, когда я думаю о чем-то, и это просто твои нормальные мысли».

Руки высшие

В 2004 году опрос попросил 681 человека с параличом - парализованным (как Burkhart) и параличом (с параличом ноги) - оценить функции, которые они больше всего хотели бы восстановить. Восстановление движения к рукам и рукам возглавило список.

«Во главе этого списка для людей, которые не могли использовать свои руки и ноги, была функция руки и руки», - говорит невролог и инженер Ли Хохберг из Университета Брауна, который не принимал непосредственного участия в исследовании Буркхарта. «Возможность восстановить эти способности своими собственными конечностями - это во многом мечта для исследования и надежда для миллионов людей с параличом». Это действительно раннее исследование. Это не то, что обернется завтра и станет полезным клиническим продуктом, который поможет людям с параличом.

Он должен знать. Хохберг является одним из главных исследователей BrainGate , 20-летний нейроинженерный проект это разработало технологию позади имплантата Burkhart.

Хохберг высоко оценил исследование, но также предупредил, что исследование является предварительным: «Это действительно раннее исследование. Это не то, что обернется завтра и станет полезным клиническим продуктом, который поможет людям с параличом ».

Это верно по ряду причин. Например, Burkhart может использовать только электронный рукав и все остальное оборудование внутри лаборатории. Оказавшись там, он должен переучить свой мозг, чтобы управлять рукавом.

«Первоначально мы проводили короткую сессию, и я чувствовал, что я был полностью и морально утомлен и истощен. Прямо на шестим или семичасовом экзамене », - сказал Буркхарт.

По его словам, период реинтродукции стал намного проще, поэтому для повторного знакомства и изучения новых задач требуется меньше времени. Алгоритмы машинного обучения помогают этой перекалибровке, приспосабливаясь, когда его ум приспосабливается.

Тем не менее, его тело в какой-то степени работает против чужеродных электродов в его голове. Их способность улавливать нервные сигналы со временем угасла.

«Нам пришлось по-настоящему разработать новые способы, чтобы продолжать получать хороший сигнал, и который действительно может обеспечить эту способность иметь естественное движение», - сказал Бутон, который сейчас работает в Институте медицинских исследований им. Файнштейна в Нью-Йорке. «Что мы сделали, так это послушали большие группы нейронов. Эти нейроны, которые находятся внутри и вокруг этого электродного массива в мозге. Это сработало очень хорошо. Эти типы сигналов выглядят все еще очень хорошо в течение почти двухлетнего периода для этого исследования ».

Пациент Ян Буркхарт, сидя, позирует с членами исследовательской группы (слева направо), доктором Али Резаи и доктором Марси Бокбрейдер из Векснерского медицинского центра Университета штата Огайо и Ником Аннеттой из Баттелла во время тренировки по обходу нервной системы. Фото: Университет штата Огайо, Векснер, медицинский центр / Batelle

Другим препятствием для широкого использования является физическое ограничение оборудования. Вилки и провода громоздки и несколько опасны, если сталкиваются с чем-то другим.

Один из коллег Хохберга в Университете Брауна - Арто Нурмикко - разработал беспроводной прототип имплантата BrainGate, но пока только был проверен в нечеловеческие приматы и свиньи. Тем не менее, это устройство на базе Wi-Fi преодолело серьезное препятствие: пропускную способность.

По словам инженера-электрика Battelle Ника Аннетта, имплантанты, такие как луч Буркхарта, представляют собой гигабайт данных каждые три минуты. Это огромное количество данных, которые отбрасываются назад и вперед, и это должно произойти за доли секунды, необходимые для перемещения придатка. Wi-Fi-имплантат Nurmikko может передавать нейронные данные со скоростью 24 Мегабита в секунду, что примерно в два раза быстрее, чем лучшая сеть LTE для смартфона.

«Все еще существуют годы нейробиологии, инженерии и клинических исследований, которые необходимо сделать, чтобы достичь того, на что мы все надеемся, - стать ценным устройством, которое помогает людям с параличом», - сказал Хохберг.

Но в то же время Хохберг считает, что огромная заслуга участников этого исследования. Он сказал, что пациенты участвуют в этих исследованиях, будь то исследования BrainGate или другие, не потому, что они надеются на личную выгоду, а потому, что они хотят помочь в разработке и тестировании системы, которая поможет другим людям с параличом в будущем.

Резаи согласился: «Мы здесь из-за Яна и миллионов таких пациентов, как Иан, которые имеют физические недостатки. И успех исследования связан с Яном. Он здесь рок-звезда.

Новости

Сериал Крик онлайн
Фанаты известного фильма ужасов «Крик» могут радоваться. Так как американский телеканал MTV 2015 году начал транслировать телесериал с одноименным названием. В основу сюжета взяты мотивы того же «Крика»,

Смотреть онлайн самые новые и интересные фильмы и сериалы бесплатно в хорошем качестве HD на Kinogo
Сейчас очень много сайтов на которых можно посмотреть свои любимые фильмы онлайн не скачивая их к себе на компьютер. Это очень удобно так как качество фильмов которые смотришь онлайн очень хорошее, ничуть

Шерлок холмс сериал
Британский телесериал предлагает посмотреть на бессмертное произведение Артура Конан Дойла о Шерлоке Холмсе с другой стороны. Несмотря на бесчисленное количество раз экранизации повестей о сыщике и его

Полицейский с рублевки сериал
Григорий Измайлов является очень красивым и обаятельным парнем. Но это еще не все его замечательные качества. Он работает полицейским, который занимается поимкой преступников, проведением специальных

Где посмотреть сериал Королевы Крика 1 сезон
У каждого человека различные представления о любимых сериалах. Кто-то предпочитает жанр ужастиков, кто-то комедии и можно ещё многое перечислить. У меня не так много любимых сериалов, но одним из них

Где посмотреть сериал Мистер Робот
Не знаю слышали ли вы что ни будь про сериал Мистер Робот, но лично я когда впервые услушал то подумал очередная чушь какая то. Даже не хотел сначала смотреть но моя девушка заставила меня это сделать

Сериал Южный парк
Многих людей можно официально назвать сериаломанами! Они не пропускают ни одной серии любимого сериала и следят за выходом новых сезонов. Меня тоже можно назвать сериаломаном, и последней находкой стал

Сериал Путь
Многие сериалы достойны просмотра, и один из таких сериал Путь. Возможно не все, но большинство людей любят необычные сериалы с немного запутанным сюжетом. Путь является как раз именно таким сериалом,

Сериал Однажды в сказке 6 сезон
Сидя в декрете я начала смотреть сериалы. Хотелось бы что-нибудь романтическое доброе, ведь в наше время много пошлого вокруг. Наткнулась на рекламу сериал сериал Однажды в сказке 6 сезон. Прочитала характеристику