Interfața creier-computer permite unui bărbat paralizat să controleze un braț robotic

Cercetătorii de la Universitatea din California, San Francisco (UCSF) au reușit să permită unui bărbat paralizat să controleze un braț robotic printr-o interfață creier-computer (BCI - Brain-Computer Interface). Aceasta traduce semnalele cerebrale în comenzi digitale, permițând utilizatorului să apuce, mute și elibereze obiecte doar prin imaginație.

Noua tehnologie, detaliată într-un studiu publicat în jurnalul Cell, este remarcabilă prin faptul că funcționează fără ajustări timp de șapte luni—o realizare semnificativă, deoarece majoritatea BCI-urilor disponibile până acum necesită recalibrare zilnică.

Cum funcționează interfața creier-computer?

BCI-ul utilizează un model de inteligență artificială (AI) care se adaptează la schimbările subtile ce apar în activitatea cerebrală atunci când o persoană repetă o mișcare sau își imaginează că o face.

"Această fuziune între învățarea umană și AI reprezintă următoarea etapă pentru interfețele creier-computer. Este cheia pentru a obține o funcționalitate sofisticată și realistă," explică Karunesh Ganguly, MD, PhD, neurolog și profesor la UCSF.

Provocarea majoră: schimbările activității cerebrale

Studiul a analizat cum se modifică modelele de activitate cerebrală atunci când o persoană își imaginează în mod repetat mișcări. Cercetătorii au descoperit că, deși forma acestor modele rămâne constantă, locația lor în creier se schimbă ușor de la o zi la alta. Aceasta a fost o provocare majoră pentru BCI-uri în trecut, deoarece sistemele existente nu puteau ține pasul cu aceste variații.

Odată ce AI-ul a fost programat să anticipeze și să se adapteze acestor modificări, interfața a devenit mult mai stabilă și a putut funcționa timp de luni întregi, cu doar o scurtă ajustare de 15 minute.

Testarea tehnologiei pe un pacient

Echipa condusă de Ganguly și Nikhilesh Natraj, PhD, a lucrat cu un participant care a rămas paralizat în urma unui accident vascular cerebral. Acesta avea senzori implantați pe suprafața creierului capabili să capteze activitatea neuronală asociată mișcărilor imaginate.

În cadrul studiului, pacientului i s-a cerut să își imagineze mișcări ale mâinilor, picioarelor și capului, în timp ce senzorii înregistrau activitatea cerebrală. Această activitate a fost utilizată pentru a antrena modelul AI.

De la realitate virtuală la mișcări reale

Inițial, pacientul nu reușea să controleze brațul robotic cu precizie. Pentru a-și îmbunătăți abilitățile, a fost introdus un pas intermediar: antrenamentul pe un braț robotic virtual. Acesta îi oferea feedback vizual în timp real, ajutându-l să-și corecteze mișcările imaginate.

După două săptămâni de antrenament virtual, pacientul a reușit să transfere aceste abilități la brațul robotic real. El a demonstrat capacitatea de a:

• Ridica și muta blocuri
• Deschide un dulap
• Scoate un pahar și îl duce la un dozator de apă

La câteva luni după finalizarea studiului, pacientul încă putea controla brațul robotic, având nevoie doar de o scurtă recalibrare.

Următorii pași: un BCI mai rapid și utilizabil acasă

În viitor, Ganguly și echipa sa vor lucra la îmbunătățirea vitezei și fluidității mișcărilor realizate de brațul robotic. De asemenea, intenționează să testeze tehnologia în medii casnice, astfel încât pacienții să o poată folosi independent.

"Pentru persoanele cu paralizie, abilitatea de a se hrăni sau de a bea apă singure ar fi o schimbare radicală în viața lor. Sunt încrezător că putem transforma această tehnologie într-o soluție practică," declară Ganguly.

Concluzii

• Interfața creier-computer (BCI) a permis unui bărbat paralizat să controleze un braț robotic doar prin imaginație.
• AI-ul utilizat s-a adaptat la modificările naturale din activitatea cerebrală, permițând utilizarea interfeței fără ajustări majore timp de 7 luni.
• Pacientul s-a antrenat mai întâi cu un braț robotic virtual, ceea ce l-a ajutat să își îmbunătățească controlul asupra versiunii reale.
• Această tehnologie ar putea fi aplicată în viitor pentru a îmbunătăți autonomia persoanelor cu paralizie, oferindu-le capacitatea de a efectua sarcini esențiale zilnice.