Nové protetické pomôcky premenia signály mozgu na pohyby
8.10.2007 20:25:24 | QScience Daily | Počet zobrazení: 4810x
Vedci z Massachusettského technologického inštitútu (MIS) vynašli nový algoritmus, ktorý pomôže protetickým pomôckam premieňať signály mozgu na pohyby u pacientov, ktorí boli paralyzovaní alebo majú amputované končatiny.
Technika zjednocuje zjavne rozdielne prístupy experimentálnych skupín, ktoré testujú pomôcky na zvieratách ale aj ľuďoch.
„Práca je dôležitým krokom v pochopení konštrukčných algoritmov v týchto pomôckach,“ povedal Lakshminarayan "Ram" Srinivasan, vedúci výskumného tímu.
Trauma a ochorenie môže viesť k paralyzácii alebo amputácii, ktoré znižujú schopnosť pohybu, neznižujú však schopnosť myslieť a formulovať zámery. Pri zraneniach miechy, porážke a chorobách ako amyotropická laterálna skleróza (Lou Gehringova choroba) môžu byť poškodené neuróny, ktoré prenášajú informácie z mozgu do svalov. Pri amputácii príde človek aj o svaly aj o nervy.
Nervové protetické pomôcky sú technické prostriedky, ktoré sa snažia uľahčiť ochrnutie alebo amputáciu. Elektronika monitoruje nervové signály, ktoré odrážajú zámery človeka s protézou alebo počítačom, ktoré chce človek použiť. Algoritmy vytvoria spojenie medzi zaznamenanými nervovými signálmi a zámermi používateľa, čím ovládajú pomôcku.
Za posledných desať rokov sa snahy o prototypovanie týchto pomôcok rozdelili do viacerých smerov viažucich sa k rôznym oblastiam, forme záznamov a použitia. Technika MIT poskytuje rámec pre všetky tieto snahy a pokusy.
Výskum využíva metódu grafických modelov, ktorá sa pomerne často využíva v informatických problémoch ako konverzia reči do textu alebo automatická analýza videa. Grafické modely použité MIT sú diagramy skladajúce sa z kruhov a šípok, ktoré naznačujú, ako nervová aktivita vyúsťuje do zámerov osoby a myšlienky na použitie protetickej pomôcky.
Diagramy reprezentujú matematický vzťah medzi zámermi osoby a nervovými prejavmi týchto zámerov, zámer je meraný pomocou elektroencefalografie (EEG), vnútrolebečných nervových polí alebo optického snímania. Signály môžu prichádzať z veľkého počtu oblastí mozgu, medzi inými aj z kôrových a podkôrových štruktúr.
Doteraz používali výskumníci rozdielne algoritmy, ktoré záviseli od použitej metódy merania mozgovej aktivity. Nový model je aplikovateľný na všetky spôsoby merania. Srinivasan však dodáva, že pred použitím pomôcok treba čeliť ešte množstvu výziev v ich dizajne. Hoci je algoritmus spájajúci, nie je univerzálny; algoritmus zlučuje viacero spôsobov vývoja pomôcok, ale nie je konečný a jediný prístup, ktorý by sa mal objaviť v najbližších rokoch. Navyše sú veľmi dôležitou vlastnosťou takýchto implantovateľných bio-elektronických zariadení energetická efektivita a mohutnosť.
Lepším pochopením mechanizmu, ktorým mozog riadi pohyb a mechanizmu choroby dokážu vedci v budúcnosti pravdepodobne zostrojiť protézy s funkčnosťou porovnateľnou s funkčnosťou mechanickej ruky Willa Smitha vo filme „Ja, robot“.
Medzera medzi existujúcimi prototypmi a finálnymi výrobkami je ale žiaľ stále príliš veľká. Prenos algoritmov do plne funkčného zariadenia bude vyžadovať ešte veľké množstvo práce, ale predstavuje cestu pre vedecký a inžiniersky výskum v tejto oblasti na ďalšie obdobie.