Wenn Imagination kommt zu Real Life: Arme für Gelähmte

Wenn Imagination kommt zu Real Life: Arme für Gelähmte

Stellen Sie sich vor, Sie könnten ein Objekt bewegen, indem Sie nur daran denken, es zu bewegen. Wenn Sie es nur denken, können Sie es bewegen. 

Laut Forschern der University of Minnesota können Menschen einen Roboterarm jetzt nur noch mit ihrem Verstand steuern, ohne ein Gehirnimplantat zu haben.

 

Wie funktioniert es?!

Über eine Technik namens Elektroenzephalographie (EEG).

Die Probanden tragen eine nichtinvasive, mit Elektroden versehene Gehirnkappe und ihre "Gedanken" werden durch "fortgeschrittene Signalverarbeitung und maschinelles Lernen" in Handlungen umgewandelt.

Die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie funktioniert aufgrund der Geographie des motorischen Kortex - des Bereichs des Großhirns, der die Bewegung steuert. Wenn sich Menschen bewegen oder über eine Bewegung nachdenken, produzieren Neuronen in der motorischen Kortikalis winzige elektrische Ströme. Wenn Sie über eine andere Bewegung nachdenken, wird eine neue Reihe von Neuronen aktiviert. Die Sortierung dieser Zusammenstellungen mithilfe fortschrittlicher Signalverarbeitung bildete die Grundlage für die Gehirn-Computer-Schnittstelle, die von Forschern der Universität von Minnesota verwendet wurde.

Experiment & Erfolgsraten

Eine Reihe von Experimente (8-15-Sitzungen) wurden an einer Gruppe von gesunden 13-Probanden durchgeführt. Die Probanden sollten einen Roboterarm steuern und komplexe Aufgaben ausführen, deren Schwierigkeitsgrad schrittweise zunahm. Die Aufgabe war in zwei Phasen unterteilt:

  1. Das Subjekt sollte den Cursor / Roboterarm in einer zweidimensionalen Ebene (2D) zu einem Bereich über einem Zielobjekt im 3D-Raum führen und darüber schweben.
  2. Wenn das Subjekt das richtige Objekt ausgewählt hat, sollte es den Roboterarm in der dritten Dimension nach unten führen, um das Objekt zu erfassen.

Die Probanden konnten Objekte an festen Orten mit hoher Genauigkeit aufnehmen - eine durchschnittliche Erfolgsquote von über 80 Prozent. Sie konnten Objekte mit einer durchschnittlichen Erfolgsquote von über 70 Prozent von einem Ort zum anderen (dem Tisch im Regal) bewegen.

Dies zeigt, dass wir mit dem EEG die Gehirnaktivität bereitwillig modulieren können, um einen Roboterarm innerhalb von nur wenigen Trainingseinheiten frei zu steuern.

Folgen

Diese Erfindung und Forschung hat das Potenzial, Millionen von Menschen zu helfen, die aufgrund neuromuskulärer Störungen / neurodegenerativer Erkrankungen nicht in der Lage sind oder wenig Freiheit haben, ihre Arme zu bewegen. Dies schließt Personen ein, die an Muskeldystrophie, Hirnstammschlag und Rückenmarksverletzungen leiden.

Effektiv kann diese nicht-invasive Technik die Lücke nicht nur zwischen dem Gehirn und der Außenwelt schließen, sondern auch zwischen körperlich Gesunden und Gelähmten.

Forscher:

  • Bin He -UMN Professor für Biomedizintechnik, Direktor des UMN-Instituts für Ingenieurwissenschaften in der Medizin und leitender Forscher der Studie
  • Jianjun Meng - Postdoktorand für Biomedizintechnik
  • Bryan Baxter - Doktorand der Biomedizintechnik
  • Angeliki Bekyo - Mitarbeiterin des Instituts für Ingenieurwissenschaften in der Medizin
  • Shuying Zhang - Student der Biomedizintechnik
  • Jaron Olsoe - Student der Biomedizintechnik

Förderer:

  • National Science Foundation (NSF)
  • Nationales Zentrum für komplementäre und integrative Gesundheits
  • Nationales Institut für biomedizinische Bildgebung und Bioingenieurwesen
  • Nationales Institut für neurologische Erkrankungen und Schlaganfall der National Institutes of Health (NIH)
  • MnDRIVE-Initiative der University of Minnesota x Gesetzgebung in Minnesota
Die University Network