Implan ini memungkinkan orang lumpuh mengetik dengan pikiran mereka

Sebuah hookup dari otak ke komputer baru-baru ini membiarkan orang-orang dengan kelemahan anggota badan yang parah mengetik melalui kontrol otak langsung pada kecepatan tertinggi dan tingkat akurasi yang dilaporkan sampai saat ini.

Dua dari peserta memiliki sklerosis lateral amyotrophic, juga disebut penyakit Lou Gehrig, dan satu memiliki cedera sumsum tulang belakang.

Mereka masing-masing memiliki satu atau dua array elektroda berukuran aspirin berukuran kecil yang ditempatkan di otak mereka untuk merekam sinyal dari korteks motor, sebuah daerah yang mengendalikan gerakan otot. Sinyal ditransmisikan ke komputer melalui kabel dan diterjemahkan oleh algoritma ke dalam perintah titik-dan-klik yang mengarahkan kursor ke karakter pada keyboard di layar.

Setiap peserta, setelah pelatihan minimal, menguasai teknik ini dengan cukup untuk mengungguli hasil dari pengujian antarmuka otak-komputer sebelumnya, atau BCI, untuk meningkatkan komunikasi oleh orang-orang dengan gangguan gerakan serupa. Terutama, mereka mencapai tingkat pengetikan tanpa menggunakan bantuan kata-kata otomatis yang umum digunakan dalam aplikasi keyboard elektronik saat ini, yang kemungkinan akan mendorong kinerja mereka.

Salah satu peserta, Dennis Degray dari Menlo Park, California, dapat mengetik karakter 39 yang benar per menit, setara dengan sekitar delapan kata per menit.


grafis berlangganan batin


Pendekatan tunjuk-dan-klik ini dapat diterapkan ke berbagai perangkat komputasi, termasuk smartphone dan tablet, tanpa modifikasi substansial, kata para peneliti. Temuan mereka muncul di jurnal eHidup.

"Ini seperti salah satu permainan video paling keren yang pernah saya mainkan. Dan saya bahkan tidak perlu memasukkan seperempatnya ke dalamnya. "

"Keberhasilan penelitian kami menandai sebuah tonggak utama dalam perjalanan untuk meningkatkan kualitas hidup orang-orang dengan kelumpuhan," kata Jaimie Henderson, profesor bedah saraf di Stanford University, yang melakukan dua dari tiga prosedur implantasi perangkat di Stanford Hospital. Yang ketiga berlangsung di Massachusetts General Hospital.

"Studi ini melaporkan kecepatan dan akurasi tertinggi, dengan faktor tiga, dari apa yang telah ditunjukkan sebelumnya," kata penulis senior Krishna Shenoy, profesor teknik elektro. "Kami mendekati kecepatan mengetik teks di ponsel Anda."

"Pertunjukannya sangat menggairahkan," kata mantan sarjana postdoctoral Chethan Pandarinath, yang sekarang memiliki pengangkatan bersama di Emory University dan Georgia Institute of Technology sebagai asisten profesor teknik biomedis. "Kami mencapai tingkat komunikasi yang banyak orang dengan kelumpuhan tangan dan tangan akan berguna. Itu adalah langkah penting untuk membuat perangkat yang sesuai untuk digunakan di dunia nyata. "

Lab Shenoy mempelopori algoritma yang digunakan untuk memecahkan kode kumpulan sinyal listrik yang dipicu oleh sel saraf di korteks motor, pusat komando otak untuk bergerak, dan mengubahnya secara real time menjadi tindakan yang biasanya dilakukan oleh sumsum tulang belakang dan otot.

"Algoritma BCI yang berkinerja tinggi ini digunakan dalam uji klinis manusia menunjukkan potensi teknologi kelas ini untuk mengembalikan komunikasi kepada orang-orang dengan kelumpuhan," kata sarjana postdoctoral Paul Nuyhatian.

'Aku sedang membuang sampah di tengah hujan'

Jutaan orang dengan kelumpuhan tinggal di Amerika Serikat. Kadang kelumpuhan mereka terjadi secara bertahap, seperti yang terjadi pada ALS. Kadang-kadang tiba tiba, seperti dalam kasus Degray.

Sekarang 64, Degray menjadi lumpuh pada 10 Oktober, 2007, saat dia terjatuh dan mengalami cedera tulang belakang yang mengubah hidup. "Saya sedang membuang sampah dalam hujan," katanya. Memegang sampah di satu tangan dan mendaur ulang di sisi lain, dia tergelincir di rumput dan mendarat di dagunya. Dampaknya melonjak otaknya tapi melukai tulang punggungnya, memotong semua komunikasi antara otak dan otot-ototnya dari kepala ke bawah. "Tidak ada yang terjadi di bawah tulang selangka," katanya.

Degray menerima dua implan perangkat di tangan Henderson pada bulan Agustus 2016. Dalam beberapa sesi penelitian berikutnya, dia dan dua peserta studi lainnya, yang menjalani operasi serupa, didorong untuk mencoba atau memvisualisasikan pola gerakan lengan, tangan, dan jari yang diinginkan. Sinyal saraf yang dihasilkan dari korteks motor secara elektronik diekstraksi dengan perangkat perekaman tertanam, dikirim ke komputer dan diterjemahkan oleh algoritma Shenoy ke dalam perintah yang mengarahkan kursor pada keyboard layar ke karakter yang ditentukan peserta.

Rubah coklat cepat ...

Para peneliti mengukur kecepatan di mana pasien dapat dengan benar menyalin frasa dan kalimat - misalnya, "Rubah coklat cepat melompati anjing malas." Tingkat rata-rata adalah kata 7.8 per menit untuk kata-kata Degray dan 6.3 dan 2.7 per menit, masing, untuk dua peserta lainnya.

Sistem investigasi yang digunakan dalam penelitian ini, sebuah antarmuka otak-komputer intracortikal yang disebut BrainGate Neural Interface System, mewakili generasi terbaru BCI. Generasi sebelumnya mengambil sinyal terlebih dahulu melalui timbal listrik yang ditempatkan di kulit kepala, lalu diposisikan secara operasi di permukaan otak di bawah tengkorak.

BCI intrakortikal menggunakan chip silikon kecil, lebih dari seperenam inci persegi, dari mana elektroda 100 menonjol yang menembus otak hingga sekitar ketebalan seperempat dan memanfaatkan aktivitas listrik sel saraf individu di korteks motor.

Henderson menyamakan resolusi pengenal syaraf yang lebih baik, dibandingkan dengan BCI generasi tua, dengan membagi meter tepuk tangan ke anggota audiens studio secara individual daripada hanya meletakkannya di langit-langit, "jadi Anda bisa tahu betapa sulitnya dan seberapa cepat setiap orang di antara penonton bertepuk tangan. "

24 / 7 sistem nirkabel

Hari akan datang - mendekati lima dari tahun 10 dari sekarang, Shenoy memprediksi - ketika sistem nirkabel implan sendiri yang tidak berfungsikan, dapat digunakan tanpa bantuan pengasuhan, tidak memiliki dampak kosmetik. dan bisa digunakan sepanjang waktu.

"Saya tidak melihat ada tantangan yang tidak dapat diatasi," katanya. "Kita tahu langkah-langkah yang harus kita ambil untuk sampai ke sana."

Degray, yang terus ikut aktif dalam penelitian, tahu bagaimana mengetik sebelum kecelakaan itu tapi tidak ahli dalam hal itu. Dia menggambarkan kehebatannya yang baru terungkap dalam bahasa video game aficionado.

"Ini seperti salah satu permainan video paling keren yang pernah saya mainkan," katanya. "Dan saya bahkan tidak perlu memasukkan seperempatnya ke dalamnya."

Asisten riset Stanford, Christine Blabe juga merupakan rekan penulis studi, seperti juga para peneliti BrainGate dari Massachusetts General Hospital dan Case Western University.

Pendanaan berasal dari National Institutes of Health, Stanford Office of Postdoctoral Affairs, the Craig H. Neilsen Foundation, the Stanford Medical Scientist Training Program, Stanford BioX-NeuroVentures, Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, the Stanford Neuroscience Institute , Larry dan Pamela Garlick, Samuel dan Betsy Reeves, Institut Medis Howard Hughes, Departemen Urusan Veteran AS, Institut MGH-Dean untuk Riset Terpadu tentang Fibrilasi dan Stroke Atrium, dan Rumah Sakit Umum Massachusetts.

Perizinan Teknologi Perizinan Stanford memegang hak kekayaan intelektual atas kemajuan teknik BCI yang diinterortif yang dibuat di lab Shenoy.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Sumber: Bruce Goldman untuk Stanford University

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon