Je libo čepici místo mozkového implantátu?

Čepice pro čtení mozkové aktivity

Tým texaských biomedicínských inženýrů sestrojil speciální čepici, která snímá mozkovou aktivitu uživatele a převádí ji do příkazů vykonávaných počítačem. Trénování takového komunikačního rozhraní mezi mozkem a počítačem (BCI – brain-computer interface) nejprve typicky vyžaduje kalibraci s rozsáhlým offline sběrem dat pro sestrojení individuálního dekodéru. To je značně časově náročné. Prvotní dekodér navíc nemusí být příliš efektivní, neboť uživatel nedostává v průběhu sběru dat zpětnou vazbu, která by mu pomohla během kalibrace udržovat optimální senzorimotorický rytmus.

Stejný trénink pro všechny?

Výzkumníci proto vyvinuli nový program strojového učení, který je schopen identifikovat specifické potřeby jednotlivce a na jejich základě upravit trénink založený na opakování dané aktivity. Průběžná sebekalibrace umožňuje uživatelům vytrénovat rozhraní bez dohledu a vedení výzkumného týmu. Nevyžaduje ani komplexní lékařský zákrok pro instalaci mozkového implantátu.

Prvotní trénování dekodéru provedl odborník pomocí jednoduchého úkonu „vyvažování“ pravé a levé strany digitálního proužku na obrazovce počítače. Tento dekodér potom využívají další netrénovaní uživatelé bez nutnosti zdlouhavé kalibrace. Uživatel si prostě na hlavu nasadí zařízení připomínající plaveckou čepici pokrytou elektrodami (viz Obrázek). Ty snímají elektrické signály mozkové aktivity a převádějí je k dekódovacímu softwaru. Během testování technologie se v průběhu 5 dnů celkem 18 předtím nijak netrénovaných uživatelů naučilo, jak s pomocí tohoto BCI hrát počítačovou hru simulující automobilové závody. Dekodér byl dokonce tak účinný, že uživatelé mohli trénovat jednodušší vyvažování proužku i složitější závodní hru zároveň.

Obr.  Uživatel ovládá počítačovou hru pomocí čepice snímající elektrickou aktivitu mozku.¹

Využití pro rehabilitaci

V rámci základního výzkumu bylo BCI využito zdravými dobrovolníky bez poruch motoriky. Výzkumný tým plánuje technologii upravit tak, aby ji mohli využívat lidé s postižením. Pracují například na vývoji kolečkového křesla ovládaného pomocí této technologie. Na konferenci South by Southwest Conference and Festivals v Austinu si účastníci mohli vyzkoušet ovládání dvou robotů pro rehabilitaci paží a rukou. Několik dobrovolníků se robota naučilo ovládat během pár minut.

Neinvazivní opora pro mozek

Vedoucí výzkumného týmu, prof. José del R. Millán, přirovnává neinvazivní BCI k jakémusi „mozkovému exoskeletu“, který přenáší informace z mozku uživatele do počítače a zpět. Technologie je oproti mozkovému implantátu omezena značně nižším rozlišením elektroencefalograficky získaných signálů. Do budoucna by tento problém mohly vyřešit dosud netestované snímací technologie, založené na ultrazvuku nebo mikrovlnách. Šéf vědeckého týmu věří, že s dostatkem času a prostředků bude možné vyvinout systémy, ve kterých se BCI exoskelet téměř stane součástí mozku. „Na jednu stranu chceme naše BCI převést do klinické sféry, aby pomáhalo lidem s postižením. Na druhou stranu musíme naši technologii vylepšit tak, aby její použití bylo jednodušší a její účinky silnější. Smyslem této technologie je pomáhat handicapovaným v jejich každodenním životě,“ uvedl k dosavadním výsledkům svého výzkumu profesor Millán.

(este)

Zdroje:
1. Universal brain-computer interface lets people play games with just their thoughts. The University of Texas at Austin 2024 Mar 29. Dostupné na: www.news.utexas.edu/2024/03/29/universal-brain-computer-interface-lets-people-play-games-with-just-their-thoughts
2. Kumar S., Alawieh H., Racz F. S. et al. Transfer learning promotes acquisition of individual BCI skills. PNAS Nexus 2024 Feb 16; 3 (2): pgae076, doi: 10.1093/pnasnexus/pgae076.
3. Paul A. This cap is a big step towards universal, noninvasive brain-computer interfaces. Popular Science 2024 Apr 1. Dostupné na: www.popsci.com/technology/bci-wearable-cap
4. Webster P. The future of brain-computer interfaces in medicine. Nat Med 2024 Jun; 30 (6): 1508–1509, doi: 10.1038/d41591-024-00031-3.