รากฟันเทียมนี้ช่วยให้ผู้ที่เป็นอัมพาตสามารถพิมพ์ด้วยความคิดได้

เมื่อเร็ว ๆ นี้การเชื่อมต่อระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์อนุญาตให้ผู้ที่มีปัญหาแขนขารุนแรงสามารถพิมพ์ผ่านการควบคุมสมองโดยตรงด้วยความเร็วและระดับความแม่นยำสูงสุดที่รายงานจนถึงปัจจุบัน

ผู้เข้าร่วม XNUMX คนมีเส้นโลหิตตีบด้านข้าง amyotrophic หรือที่เรียกว่าโรค Lou Gehrig และคนหนึ่งมีอาการบาดเจ็บที่ไขสันหลัง

พวกเขาแต่ละคนมีอาร์เรย์อิเล็กโทรดขนาดทารกแอสไพรินหนึ่งหรือสองตัววางไว้ในสมองเพื่อบันทึกสัญญาณจากเยื่อหุ้มสมองสั่งการซึ่งเป็นบริเวณที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ สัญญาณถูกส่งไปยังคอมพิวเตอร์ผ่านสายเคเบิลและแปลโดยอัลกอริธึมเป็นคำสั่งชี้แล้วคลิกซึ่งนำทางเคอร์เซอร์ไปยังอักขระบนแป้นพิมพ์บนหน้าจอ

ผู้เข้าร่วมแต่ละคนหลังจากการฝึกอบรมเพียงเล็กน้อย เชี่ยวชาญเทคนิคนี้มากพอที่จะให้ผลดีกว่าการทดสอบส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์หรือ BCI ก่อนหน้านี้ เพื่อเพิ่มการสื่อสารโดยผู้ที่มีการเคลื่อนไหวที่บกพร่องเช่นเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาประสบความสำเร็จในอัตราการพิมพ์โดยไม่ต้องใช้ตัวช่วยเติมคำอัตโนมัติซึ่งพบได้ทั่วไปในแอพพลิเคชั่นแป้นพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ซึ่งน่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของพวกเขา

ผู้เข้าร่วมคนหนึ่ง Dennis Degray จาก Menlo Park, California สามารถพิมพ์อักขระที่ถูกต้องได้ 39 ตัวต่อนาที ซึ่งเท่ากับประมาณแปดคำต่อนาที


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


นักวิจัยกล่าวว่าวิธีการชี้แล้วคลิกนี้สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่หลากหลาย รวมถึงสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต โดยไม่ต้องดัดแปลงอะไรมากมาย การค้นพบของพวกเขาปรากฏในวารสาร eLife.

“นี่เหมือนกับหนึ่งในวิดีโอเกมที่เจ๋งที่สุดที่ฉันเคยเล่นด้วย และฉันไม่ต้องใส่แม้แต่หนึ่งในสี่”

Jaimie Henderson ศาสตราจารย์ด้านศัลยกรรมประสาทที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ซึ่งดำเนินการสองในสามขั้นตอนการปลูกถ่ายอุปกรณ์ที่โรงพยาบาลสแตนฟอร์ดกล่าวว่า "ความสำเร็จในการศึกษาของเราถือเป็นก้าวสำคัญบนเส้นทางสู่การพัฒนาคุณภาพชีวิตของผู้ที่เป็นอัมพาต ครั้งที่สามเกิดขึ้นที่โรงพยาบาลแมสซาชูเซตส์เจเนอรัล

Krishna Shenoy ผู้เขียนร่วมอาวุโส ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้ากล่าวว่า "การศึกษานี้รายงานความเร็วและความแม่นยำสูงสุดโดยสามเท่าจากที่เคยแสดงมาก่อน “เรากำลังเข้าใกล้ความเร็วที่คุณสามารถพิมพ์ข้อความบนมือถือของคุณ”

“การแสดงนี้น่าตื่นเต้นจริงๆ” อดีตนักวิชาการดุษฎีบัณฑิต Chethan Pandarinath ซึ่งขณะนี้ได้รับการแต่งตั้งร่วมกันที่ Emory University และ Georgia Institute of Technology เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์กล่าว “เรากำลังบรรลุอัตราการสื่อสารที่หลายคนที่เป็นอัมพาตจากแขนและมือจะพบว่ามีประโยชน์ นั่นเป็นขั้นตอนที่สำคัญสำหรับการผลิตอุปกรณ์ที่สามารถใช้งานได้จริง”

ห้องทดลองของ Shenoy เป็นผู้บุกเบิกอัลกอริธึมที่ใช้ในการถอดรหัสคลื่นที่ซับซ้อนของสัญญาณไฟฟ้าที่ยิงโดยเซลล์ประสาทในเยื่อหุ้มสมองสั่งการ ซึ่งเป็นศูนย์บัญชาการของสมองในการเคลื่อนไหว และแปลงแบบเรียลไทม์เป็นการกระทำที่ปกติแล้วจะดำเนินการโดยไขสันหลังและกล้ามเนื้อ

"การใช้อัลกอริธึม BCI ที่มีประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ในการทดลองทางคลินิกของมนุษย์แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีประเภทนี้ในการฟื้นฟูการสื่อสารกับคนที่เป็นอัมพาต" Paul Nuyjukian นักวิชาการด้านดุษฏีบัณฑิตกล่าว

'ฉันกำลังทิ้งขยะท่ามกลางสายฝน'

ผู้คนที่เป็นอัมพาตหลายล้านคนอาศัยอยู่ในสหรัฐอเมริกา บางครั้งอัมพาตก็ค่อย ๆ เกิดขึ้นเช่นเดียวกับใน ALS บางครั้งก็มาถึงอย่างกะทันหัน เช่นในกรณีของเดเกรย์

ตอนนี้อายุ 64 ปี Degray กลายเป็นอัมพาตครึ่งซีกในวันที่ 10 ตุลาคม 2007 เมื่อเขาล้มลงและได้รับบาดเจ็บที่ไขสันหลังที่เปลี่ยนแปลงชีวิต “ฉันกำลังทิ้งขยะท่ามกลางสายฝน” เขากล่าว เขาถือขยะในมือข้างหนึ่งและอีกมือหนึ่งกำลังรีไซเคิล เขาลื่นบนพื้นหญ้าและเหยียบคางของเขา แรงกระแทกช่วยให้สมองของเขารอด แต่กระดูกสันหลังของเขาบาดเจ็บสาหัส ทำให้การสื่อสารระหว่างสมองและกล้ามเนื้อของเขาหยุดลงตั้งแต่หัวจรดเท้า “ผมไม่มีอะไรเกิดขึ้นใต้กระดูกไหปลาร้า” เขากล่าว

Degray ได้รับการปลูกถ่ายอุปกรณ์สองชิ้นที่มือของ Henderson ในเดือนสิงหาคม 2016 ในหลายช่วงการวิจัยที่ตามมา เขาและผู้เข้าร่วมการศึกษาอีกสองคนที่ได้รับการผ่าตัดในลักษณะเดียวกัน ได้รับการสนับสนุนให้พยายามหรือเห็นภาพรูปแบบของการเคลื่อนไหวของแขน มือ และนิ้วที่ต้องการ สัญญาณประสาทที่เกิดจากมอเตอร์คอร์เทกซ์ถูกดึงออกมาทางอิเล็กทรอนิกส์โดยอุปกรณ์บันทึกที่ฝังตัว ส่งไปยังคอมพิวเตอร์และแปลโดยอัลกอริธึมของ Shenoy เป็นคำสั่งที่กำกับเคอร์เซอร์บนแป้นพิมพ์บนหน้าจอไปยังอักขระที่ระบุโดยผู้เข้าร่วม

จิ้งจอกสีน้ำตาลเร็ว…

นักวิจัยวัดความเร็วที่ผู้ป่วยสามารถคัดลอกวลีและประโยคได้อย่างถูกต้อง ตัวอย่างเช่น "สุนัขจิ้งจอกสีน้ำตาลเร็วกระโดดข้ามสุนัขขี้เกียจ" อัตราเฉลี่ยอยู่ที่ 7.8 คำต่อนาทีสำหรับ Degray และ 6.3 และ 2.7 คำต่อนาทีตามลำดับสำหรับผู้เข้าร่วมอีกสองคน

ระบบการสืบสวนที่ใช้ในการศึกษา ซึ่งเป็นส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์ภายในที่เรียกว่า BrainGate Neural Interface System แสดงถึง BCI รุ่นใหม่ล่าสุด คนรุ่นก่อน ๆ รับสัญญาณผ่านสายไฟฟ้าที่วางไว้บนหนังศีรษะ จากนั้นจึงนำเอาตำแหน่งการผ่าตัดที่พื้นผิวสมองใต้กะโหลกศีรษะ

BCI ในเยื่อหุ้มสมองใช้ชิปซิลิกอนขนาดเล็กเพียงหนึ่งในหกของสี่เหลี่ยมจัตุรัสนิ้ว จากนั้นจึงยื่นอิเล็กโทรด 100 อิเล็กโทรดที่เจาะเข้าไปในสมองจนเหลือประมาณหนึ่งในสี่และแตะเข้าไปในกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ในเยื่อหุ้มสมองสั่งการ

เฮนเดอร์สันเปรียบผลลัพธ์ของการตรวจจับประสาทที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น เมื่อเทียบกับ BCI รุ่นเก่า กับการแจกเมตรปรบมือให้กับสมาชิกแต่ละคนของผู้ชมในสตูดิโอ แทนที่จะวางไว้บนเพดาน “คุณจึงสามารถบอกได้ว่าหนักแค่ไหน และแต่ละคนในผู้ชมปรบมือเร็วแค่ไหน”

ระบบไร้สาย 24/7

วันนั้นจะมาถึง—ใกล้ถึงห้าปีกว่า 10 ปีนับจากนี้ Shenoy คาดการณ์—เมื่อระบบไร้สายที่ปรับเทียบด้วยตนเองและฝังอย่างสมบูรณ์สามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องรับความช่วยเหลือจากผู้ดูแล ไม่มีผลกระทบต่อความสวยงาม และสามารถใช้งานได้ตลอดเวลา

“ผมไม่เห็นความท้าทายที่ผ่านไม่ได้” เขากล่าว “เรารู้ขั้นตอนที่เราต้องดำเนินการเพื่อไปที่นั่น”

Degray ซึ่งยังคงมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการวิจัย รู้วิธีพิมพ์ก่อนเกิดอุบัติเหตุ แต่ไม่มีผู้เชี่ยวชาญในเรื่องนี้ เขาบรรยายถึงความสามารถที่เปิดเผยใหม่ของเขาในภาษาของผู้คลั่งไคล้วิดีโอเกม

“นี่เหมือนกับหนึ่งในวิดีโอเกมที่เจ๋งที่สุดที่ฉันเคยเล่นด้วย” เขากล่าว “และฉันไม่ต้องใส่แม้แต่หนึ่งในสี่”

ผู้ช่วยวิจัยของ Stanford Christine Blabe ยังเป็นผู้เขียนร่วมด้านการศึกษา เช่นเดียวกับนักวิจัย BrainGate จากโรงพยาบาล Massachusetts General Hospital และ Case Western University

เงินทุนมาจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ, สำนักงานหลังปริญญาเอกของสแตนฟอร์ด, มูลนิธิ Craig H. Neilsen, โครงการฝึกอบรมนักวิทยาศาสตร์การแพทย์สแตนฟอร์ด, Stanford BioX-NeuroVentures, สถาบันสแตนฟอร์ดเพื่อนวัตกรรมประสาทและประสาทวิทยาการแปล, สถาบันประสาทวิทยาสแตนฟอร์ด , Larry and Pamela Garlick, Samuel และ Betsy Reeves, Howard Hughes Medical Institute, the US Department of Veterans Affairs, the MGH-Dean Institute for Integrated Research on Atrial Fibrillation and Stroke และ Massachusetts General Hospital

Office of Technology Licensing ของสแตนฟอร์ดถือครองทรัพย์สินทางปัญญาเกี่ยวกับความก้าวหน้าทางวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องกับ BCI ระหว่างเยื่อหุ้มสมองที่ทำขึ้นในห้องปฏิบัติการของ Shenoy

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

ที่มา: Bruce Goldman for มหาวิทยาลัย Stanford

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน