A Minnesotai Egyetem Tudományos és Mérnöki Kollégiumának kutatói kifejlesztettek egy új, nem invazív ( az az orvosi eljárás, melynek során...
A Minnesotai Egyetem Tudományos és Mérnöki Kollégiumának kutatói kifejlesztettek egy új, nem invazív (az az orvosi eljárás, melynek során a testbe vágás vagy szúrás által behatolnak) rendszert, mely lehetővé teszi, hogy az emberek a tudatuk segítségével irányítsanak egy repülő robotot. A tanulmány messze túlmutat a szórakozáson és a játékon, és megvan benne a lehetőség, hogy segítsen azokon az embereken, akik bénultak vagy neurodegeneratív betegségekben szenvednek.
A tanulmány az IOP Publishing Journal of Neural Engineering-ben jelent meg.
Öt alany (három nő és két férfi) vett részt a vizsgálatban, és mindannyian sikeresen képesek voltak irányítani a négy légcsavaros repülő robotot, más néven kvadrokoptert, gyorsan és pontosan, és tartós időn keresztül.
"A tanulmányunk azt mutatja, hogy az ember már első alkalommal képes irányítani a robot repülését a gondolataival egy nem invazív koponya sapka használatának segítségével" - mondja Bin He, a tanulmány vezető szerzője, a Minnesotai Egyetem Tudományos és Mérnöki Kollégiumának orvosbiológia mérnökprofesszora. "Ugyanolyan jól működik, mint a múltban használt invazív technikák."
Elmondta, hogy a kutatás célja olyan embereknek segíteni, akik lebénultak vagy neurodegeneratív betegek, hogy visszanyerjék a mobilitásukat és a függetlenségüket.
"Az az elképzelésünk, hogy ezt a technológiát fogják használni a kerekesszékek, művégtagok és más eszközök irányítására." - mondta.
A nem invazív módszer az úgynevezett elektroenkefalográf (EEG), egy egyedülálló agy-számítógép interfész, mely rögzíti az agy elektromos tevékenységét. Ezt az alanyok agyával összeköttetésben lévő speciális, high-tech EEG sapka használatával teszi, mely 64 elektródával van ellátva.
"Ez egy teljes mértékben nem invazív technika. Senkinek sem kellett chipet ültetni az agyába, hogy érzékeljük a neuronális aktivitását." - mondta Karl LaFleur vezető orvosbiológiai mérnökhallgató a vizsgálat során, és aki a tanulmány egyik szerzője.
A kutatók szerint az agy-számítógép interfész rendszer az agy motoros kérgének köszönhetően működik, mely szabályozza a mozgást. Amikor mozgunk, vagy a mozgásra gondolunk, a motoros kéreg neuronjai parányi elektromos áramot termelnek. Egy eltérő mozgásról való gondolkodás a neuronok egy új készletét aktiválja. Ennek a készletnek a válogatása alapozta meg az agy-számítógép interfészt, melyet a Minnesotai Egyetem kutatói használtak. Az új tanulmány alapjául He korábbi laborkutatásai szolgáltak, ahol az alanyok képesek voltak egy számítógép képernyőjén látható virtuális helikoptert irányítani.
"Mi voltunk az elsők, akik használtuk a funkcionális MRI és EEG képalkotást, hogy feltérképezzük, hol aktiválódnak az agy neuronjai, amikor mozgásokat képzelünk el." - mondta. "Most már tudjuk, hogy honnan fognak érkezni a jelek."
A vizsgálat során az alanyok szembesültek a tőlük bizonyos távolságra lévő kvadrokopterrel, és arra kérték őket, hogy képzeljék el, hogy használják a jobb majd a bal kezüket, és mindkét kezüket egyszerre. Ez utasítja a kvadrokoptert, hogy jobbra, balra mozogjon, vagy emelkedjen és süllyedjen. A kvadrokoptert egy előre beállított haladó mozgással hajtották, és csak az alanyok gondolatai által irányították.
Az alanyok egy képernyő előtt helyezkedtek el, mely a kvadrokopterre szerelt fedélzeti kamera képeit közvetítette. Az agyi jeleket a sapka rögzítette és küldte el a kvadrokopternek egy Wi-Fi segítségével.
Többszöri gyakorlás után az alanyoknak a kvadrokopterrel keresztül kellett repülniük két nagy felfüggesztett gyűrűn, melyek egy tornaterem mennyezetére voltak függesztve. Számos statisztikai tesztet alkalmaztak, hogy kiszámolják minden egyes alany teljesítményét. Az alanyok egy csoportja a kvadrokoptert billentyűzet segítségével is irányította egy ellenőrző kísérletben, mely lehetővé teszi a szabványos és az agyvezérlés összehasonlítását.
He szerint a Minnesotai Egyetem által kifejlesztett agy-számítógép interfész lehetőségei igen széleskörűek.
"A következő lépés, hogy az általunk kifejleszett feltérképező és műszaki technológiát a fogyatékkal élő beteg emberek segítségére fogjuk használni, hogy kölcsönhatásba tudjanak lépni a világgal." - mondta. "Talán még olyan betegeknek is segíthet, akik autizmusban vagy Alzheimer-kórban szenvednek, vagy az agyvérzés utáni gyógyításban. Most tanulmányozunk néhány stroke beteget, hátha ez segíteni fog újrakábelezni az agyi áramköreiket, megkerülve a sérült területeket."
He és LaFleur mellett más kutatók is részt vesznek a Minnesotai Egyetemről a tanulmányban, többek közt Alexander Doud orvosi és orvosbiológiai mérnök végzős hallgató, Kaleb Shades orvosbiológiai mérnökhallgató, Eitan Rogin számítógép-tudomány és mérnökhallgató, és Kaitlin Cassady orvosbiológiai kutatómérnök munkatárs.
A Minnesotai Egyetem tanulmányát elsősorban a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) finanszírozta.
Öt alany (három nő és két férfi) vett részt a vizsgálatban, és mindannyian sikeresen képesek voltak irányítani a négy légcsavaros repülő robotot, más néven kvadrokoptert, gyorsan és pontosan, és tartós időn keresztül.
"A tanulmányunk azt mutatja, hogy az ember már első alkalommal képes irányítani a robot repülését a gondolataival egy nem invazív koponya sapka használatának segítségével" - mondja Bin He, a tanulmány vezető szerzője, a Minnesotai Egyetem Tudományos és Mérnöki Kollégiumának orvosbiológia mérnökprofesszora. "Ugyanolyan jól működik, mint a múltban használt invazív technikák."
Elmondta, hogy a kutatás célja olyan embereknek segíteni, akik lebénultak vagy neurodegeneratív betegek, hogy visszanyerjék a mobilitásukat és a függetlenségüket.
"Az az elképzelésünk, hogy ezt a technológiát fogják használni a kerekesszékek, művégtagok és más eszközök irányítására." - mondta.
A nem invazív módszer az úgynevezett elektroenkefalográf (EEG), egy egyedülálló agy-számítógép interfész, mely rögzíti az agy elektromos tevékenységét. Ezt az alanyok agyával összeköttetésben lévő speciális, high-tech EEG sapka használatával teszi, mely 64 elektródával van ellátva.
"Ez egy teljes mértékben nem invazív technika. Senkinek sem kellett chipet ültetni az agyába, hogy érzékeljük a neuronális aktivitását." - mondta Karl LaFleur vezető orvosbiológiai mérnökhallgató a vizsgálat során, és aki a tanulmány egyik szerzője.
A kutatók szerint az agy-számítógép interfész rendszer az agy motoros kérgének köszönhetően működik, mely szabályozza a mozgást. Amikor mozgunk, vagy a mozgásra gondolunk, a motoros kéreg neuronjai parányi elektromos áramot termelnek. Egy eltérő mozgásról való gondolkodás a neuronok egy új készletét aktiválja. Ennek a készletnek a válogatása alapozta meg az agy-számítógép interfészt, melyet a Minnesotai Egyetem kutatói használtak. Az új tanulmány alapjául He korábbi laborkutatásai szolgáltak, ahol az alanyok képesek voltak egy számítógép képernyőjén látható virtuális helikoptert irányítani.
"Mi voltunk az elsők, akik használtuk a funkcionális MRI és EEG képalkotást, hogy feltérképezzük, hol aktiválódnak az agy neuronjai, amikor mozgásokat képzelünk el." - mondta. "Most már tudjuk, hogy honnan fognak érkezni a jelek."
A vizsgálat során az alanyok szembesültek a tőlük bizonyos távolságra lévő kvadrokopterrel, és arra kérték őket, hogy képzeljék el, hogy használják a jobb majd a bal kezüket, és mindkét kezüket egyszerre. Ez utasítja a kvadrokoptert, hogy jobbra, balra mozogjon, vagy emelkedjen és süllyedjen. A kvadrokoptert egy előre beállított haladó mozgással hajtották, és csak az alanyok gondolatai által irányították.
Többszöri gyakorlás után az alanyoknak a kvadrokopterrel keresztül kellett repülniük két nagy felfüggesztett gyűrűn, melyek egy tornaterem mennyezetére voltak függesztve. Számos statisztikai tesztet alkalmaztak, hogy kiszámolják minden egyes alany teljesítményét. Az alanyok egy csoportja a kvadrokoptert billentyűzet segítségével is irányította egy ellenőrző kísérletben, mely lehetővé teszi a szabványos és az agyvezérlés összehasonlítását.
He szerint a Minnesotai Egyetem által kifejlesztett agy-számítógép interfész lehetőségei igen széleskörűek.
"A következő lépés, hogy az általunk kifejleszett feltérképező és műszaki technológiát a fogyatékkal élő beteg emberek segítségére fogjuk használni, hogy kölcsönhatásba tudjanak lépni a világgal." - mondta. "Talán még olyan betegeknek is segíthet, akik autizmusban vagy Alzheimer-kórban szenvednek, vagy az agyvérzés utáni gyógyításban. Most tanulmányozunk néhány stroke beteget, hátha ez segíteni fog újrakábelezni az agyi áramköreiket, megkerülve a sérült területeket."
He és LaFleur mellett más kutatók is részt vesznek a Minnesotai Egyetemről a tanulmányban, többek közt Alexander Doud orvosi és orvosbiológiai mérnök végzős hallgató, Kaleb Shades orvosbiológiai mérnökhallgató, Eitan Rogin számítógép-tudomány és mérnökhallgató, és Kaitlin Cassady orvosbiológiai kutatómérnök munkatárs.
A Minnesotai Egyetem tanulmányát elsősorban a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) finanszírozta.
