Primatlarda gösterilen gelişmiş protezler için bireysel parmak kontrolü

0
23

Grafik soyut. Kredi: DOI: 10.1016/j.neuron.2021.08.009

İlk olarak, implante edilebilir bir cihaza sığabilecek bir bilgisayar, primatlarda hassas, yüksek hızlı, çok parmaklı hareketler için beyin sinyallerini yorumladı. Uzuv işlevini yitirmiş kişilere gelişmiş protezler üzerinde gerçek zamanlı, hatta kendi elleri üzerinde daha doğal bir kontrol sağlamaya yönelik bu önemli adım, Michigan Üniversitesi’nde atıldı.

Biyomedikal mühendisliği doçenti Cindy Chestek, “Bu, ilk kez birinin aynı anda birden fazla parmağı tam olarak kontrol edebildiği” dedi. “İşaret parmağını orta, yüzük veya küçük parmaktan ayrı olarak bir protez üzerinde hareket ettirebilen gerçek zamanlı makine öğreniminden bahsediyoruz.”

Çeşitli yüksek teknoloji aygıtları üzerinde gerçek zamanlı kontrol sağlayabilen beyin/makine arayüzleri, DARPA gibi devlet kurumlarından Elon Musk’ın Neuralink’i gibi özel girişimlere kadar çeşitli çıkar grupları tarafından geliştirilmektedir. Bununla birlikte, sahadaki oyuncular için büyük bir engel, birden fazla parmak üzerinde sürekli beyin kontrolü elde etmektir.

Şimdiye kadar sürekli bireysel parmak kontrolü sadece kas aktivitesinin okunması ile sağlandı, bu da kas felç durumlarında kullanılamıyor. Ve beyin sinyallerini kullanmak için mevcut teknolojiler, primat veya insan deneklerinin protezleri basit hareketlerle manipüle etmesine izin verdi – daha çok bir işaretçi veya kıskaç gibi.

Buna karşılık, Chestek’in laboratuvarında geliştirilen sistem, primat deneklerin bir bilgisayar ekranında dijital “eller” için karmaşık hareketler oluşturmasını sağladı. Teknoloji, omurilik yaralanması, felç, ALS veya diğer nörolojik hastalıklardan kaynaklanan felçten muzdarip çeşitli kullanıcılara fayda sağlama potansiyeline sahiptir.

Ph.D. Sam Nason, “Sadece beyin kontrollü ilk bireysel parmak hareketlerini göstermekle kalmadık, aynı zamanda implante edilebilir cihazlara uygun, hesaplama açısından verimli kayıt ve makine öğrenimi yöntemlerini kullanıyorduk” dedi. biyomedikal mühendisliği öğrencisi ve Neuron dergisindeki makalenin ilk yazarı. “Bundan 10 yıl sonra felçli kişilerin implante edilebilir bir beyin-makine arayüzü kullanarak kendi ellerini tekrar kontrol etmek için bu teknolojiden yararlanabileceğini umuyoruz.”

Sistem, implante edilmiş bir 4 mm x 4 mm elektrot dizisi aracılığıyla, hareketi kontrol eden beyin merkezi olan birincil motor korteksten sinyaller toplar. Dizi, kortekste 100 küçük temas noktası sağlayarak potansiyel olarak 100 bilgi kanalı yaratır ve ekibin nöron seviyesinde sinyalleri yakalamasını sağlar. Chestek, çok benzer implantların insanlarda on yıllardır kullanıldığını ve ağrılı olmadığını söylüyor.

Çabanın anahtarı, parmakların hareketlerini sistematik olarak ayıracak ve aksi belirtilmedikçe onları bağımsız hareket etmeye zorlayacak bir eğitim görevi tanımlamaktı. Bu hareketlere karşılık gelen beyin aktivitesi, hareketlerin kendileri izole edilmeden izole edilemezdi.

Ekip bunu, iki güçlü gövdeli al yanaklı makak maymununa ekranda, biri işaret parmağı ve diğeri orta, yüzük ve küçük parmaklar için bir grup olarak sunulan iki hedefli animasyonlu bir el göstererek başardı. Hedefler, her bir hedefe hangi parmakların gitmesi gerektiğini gösterecek şekilde renklendirildi ve maymunların, parmaklarının konumlarını ölçen bir sistem kullanarak hareketli eli özgürce kontrol etmelerine izin verildi. Ödül olarak elma suyu almak için hedefleri vurdular.

Maymunlar parmaklarını hareket ettirdiğinde, implante edilen sensör beyinden gelen sinyalleri yakaladı ve verileri parmak hareketlerini tahmin etmek için makine öğrenimini kullanan bilgisayarlara aktardı. Makine öğrenimi algoritması için yaklaşık beş dakikalık bir eğitim süresinden sonra, bu tahminler daha sonra, hareketli eli, fiziksel parmaklarının herhangi bir hareketini atlayarak, maymunların beyin aktivitelerinden doğrudan kontrol etmek için kullanıldı.

Motor kortekse doğrudan erişim sayesinde, UM teknolojisinin sinyalleri yakalama, yorumlama ve aktarma hızı gerçek zamana yakındır. Bazı durumlarda, maymunların gerçek dünyada gerçekleştirmesi 0,5 saniye süren el hareketleri, arayüz üzerinden 0,7 saniyede tekrarlanabilir.

Nason, “Yeni donanımlara büyük ticari yatırım yapılırken aynı zamanda beyin makine arayüzleri için bu yeni yetenekleri göstermek gerçekten heyecan verici” dedi. “Bence bu, insanların düşündüğünden çok daha hızlı ilerleyecek.”

Ekip, bu araştırmayı insanlarla klinik deney testlerine dönüştürmek için düzenleyici incelemeden geçiyor. Bu deneyler gelecek yıl kadar erken başlayabilir.

Ampute hastalar için akıllı bir yapay el, kullanıcı ve robotik kontrolü birleştirir Daha fazla bilgi: Samuel R. Nason ve diğerleri, Bir intrakortikal beyin-makine arayüzü kullanarak iki parmak grubunun eşzamanlı ve bağımsız hareketlerinin gerçek zamanlı doğrusal tahmini, Neuron (2021). DOI: 10.1016/j.neuron.2021.08.009 Michigan Üniversitesi tarafından sağlanmıştır

Alıntı: Primatlarda (2021, 23 Eylül) gösterilen gelişmiş protezler için bireysel parmak kontrolü, https://medicalxpress.com/news/2021-09-individual-finger-advanced-prostheses-primates.html adresinden alınmıştır.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz