Robotické rameno poslúcha človeka aj bez elektród v mozgu
Na poli tzv. brain-computer interface (BCI) už dosiahla veda mnoho významných úspechov. Za všetky spomeňme aspoň projekt BrainGate, pri ktorom získali kompletne ochrnutí ľudia možnosť ovládať zmenami v aktivite mozgu robotické rameno.
Aktivitu mozgu daného motorického centra mozgu im monitoroval systém zhruba stovky jemných elektród voperovaných do mozgu. Tieto elektródy zaznamenávajú aktivitu jednotlivých neurónov alebo ich malých skupiniek a signál snímaný týmto spôsobom vykazuje pomerne málo informačného šumu.
Počítač tak má s jeho dekódovaním a preložením do povelov pre robotické rameno relatívne ľahkú prácu. Elektródy natrvalo voperované do mozgu ale prinášajú mnoho problémov. Po čase napríklad strácajú s neurónmi "kontakt", pretože na elektróde sa usadzuje povlak z vyzrážaných bielkovín. Kvalita snímaného signálu tak klesá. Bezvýznamné nie sú ani zdravotné riziká, napríklad zanesenie infekcie.
Zdanlivo jednoduchú alternatívu predstavujú elektródy pripevnené ku koži hlavy a snímajúce aktivity mozgu cez lebku podobne, ako je to v prípade vyšetrenia mozgu na EEG. Tento signál ale nemá zďaleka takú presnosť ako dáta snímané elektródami voperovanými do mozgu a je zaťažený značným informačným šumom.
Tieto nedostatky sa teraz podarilo do značnej miery eliminovať tímu vedenému Binom He z Carnegie Mellon University. O prvej robotickej ruke ovládanej človekom, ktorý nemá elektródy voperované do mozgu, referovali vedci v časopise Science Robotics.
Zatiaľ len 2D
Nový systém dovoľuje ovládať robotické rameno v reálnom čase, teda bez oneskorenia vyvolaného náročným spracovaním dát snímaných elektródami. Predošle systémy trpeli trhavými pohybmi robotického ramena, pretože spracovanie dát neustále "dobiehalo" mozog, ktorý bol permanentne o krok vpred. Zatiaľ dokáže nový systém riadiť robotické rameno len v dvojrozmernom priestore. Trojrozmerná prevádzka je ešte veľmi zložitá.
Na ovládanie robotického ramena v trojrozmernom priestore je aj v rámci projektu BrainGate nutný pomerne dlhý a intenzívny tréning. V jednom prípade bol pacient schopný zvládať pomerne jednoduché úlohy po tréningu trikrát do týždňa po štyri hodiny a to v čase troch rokov.
Aj potom dosahoval úspešnosť riešenia úloh asi na 70 percent. Pre kompletne ochrnutého človeka znamená aj takýto výsledok významné zvýšenie kvality života a drina podstúpená pri tréningu mu za to rozhodne stojí.
Nový systém z Carnegie Mellon University bol zatiaľ testovaný na 68 zdravých dobrovoľníkoch. Každý z nich absolvoval desať sedení, na ktorých testoval systém riadenie robotického ramena v dvoch rozmeroch.
V porovnaní so staršími systémami riadenia robotického ramena s využitím elektród pripnutých ku kože hlavy, sa zlepšilo zvládanie úloh o 68 percent a schopnosť kontinuálneho pohybu bez "trhania" narástla na päťnásobok. Teraz čakajú systém prvé klinické testy, ktorých sa už zúčastnia ochrnutí pacienti.
Technológie nielen pre ľudí so zdravotnými problémami
Do budúcna rátajú autori štúdie s tým, že tzv. neinvazívne BCI, teda systémy, ktoré nepoužívajú elektródy voperované do mozgu, budú využívané aj zdravými ľuďmi na ovládanie najrôznejších zariadení.
"Napriek všetkým technickým komplikáciám sprevádzajúcim využitie neinvazívne snímaných signálov, sme rozhodnutí priniesť túto bezpečnú a ekonomicky prijateľnú technológiu ľuďom, ktorým môže uľahčiť život," hvoorí Bin He.
"Táto štúdia predstavuje významný pokrok na poli neinvazívnych brain-computer interface, teda technológie, ktorá sa môže v budúcnosti masovo rozšíriť, pomáhať ľuďom s ovládaním najrôznejších zariadení a bude potom rovnako bežná, ako sú dnes inteligentné telefóny," dodáva.