En koppling mellan hjärnan och datorn möjliggjorde nyligen att personer med svår lemmaksvaghet skriver via direkt hjärnkontroll vid de högsta hastigheter och noggrannhetsnivåer som hittills rapporterats.

Två av deltagarna har amyotrofisk lateralskleros, även kallad Lou Gehrigs sjukdom, och man har ryggmärgsskada.

De hade var och en en eller två baby-aspirin-storlek elektrod arrays placerade i sina hjärnor för att spela in signaler från motorcortex, en region som styr muskelrörelsen. Signalerna överfördes till en dator via en kabel och översattes av algoritmer till pek-och-klicka-kommandon som ledde en markör till tecken på ett tangentbord på skärmen.

Varje deltagare, efter minimal träning, behärskar tekniken tillräckligt för att överträffa resultaten från något tidigare test av hjärn-dators gränssnitt, eller BCI, för att förbättra kommunikationen av personer med liknande nedsatt rörelse. I synnerhet uppnådde de typfrekvenserna utan att använda automatiska ordförändringshjälp som är vanligt i elektroniska tangentbordstillämpningar nuförtiden, vilket sannolikt skulle ha förbättrat deras prestanda.

En deltagare, Dennis Degray från Menlo Park, Kalifornien, kunde skriva 39 korrekta tecken per minut, motsvarande ungefär åtta ord per minut.

Detta peka-och-klicka-tillvägagångssätt kan tillämpas på en mängd olika datorenheter, inklusive smartphones och surfplattor, utan väsentliga modifieringar, säger forskarna. Deras resultat visas i tidskriften Elife.

"Detta är som ett av de coolaste videospel jag någonsin har spelat med. Och jag behöver inte ens lägga ett kvarts i det. "

"Vår studie framgångar markerar en viktig milstolpe på vägen till att förbättra livskvaliteten för personer med förlamning", säger Jaimie Henderson, professor i neurokirurgi vid Stanford University, som utförde två av de tre enhetliga implantationsprocedurerna på Stanford Hospital. Den tredje ägde rum vid Massachusetts General Hospital.

"Den här studien rapporterar högsta hastighet och noggrannhet, med en faktor på tre, över vad som tidigare visat sig", säger professor i elektroteknik, seniorförfattare Krishna Shenoy. "Vi närmar oss hur snabbt du kan skriva text på din mobil."

"Föreställningen är väldigt spännande", säger tidigare doktorand Chethan Pandarinath, som nu har ett gemensamt möte på Emory University och Georgia Institute of Technology som assistent professor i biomedicinsk teknik. "Vi uppnår kommunikationsfrekvenser som många personer med arm- och handlamning skulle finna användbara. Det är ett kritiskt steg för att skapa enheter som kan vara lämpliga för verklig användning. "

Shenoys laboratorium ledde fram till de algoritmer som användes för att avkoda de komplexa volymerna av elektriska signaler som avfyras av nervceller i motorcortexen, hjärnans kommandocentral för rörelse och omvandla dem i realtid till handlingar som normalt utförs av ryggmärg och muskler.

"Dessa högpresterande BCI-algoritmer används i mänskliga kliniska prövningar visar potentialen för denna klass av teknik för att återställa kommunikation till personer med förlamning", säger postdoktor Paul Nuyujukian.

"Jag tog ut papperskorgen i regnet"

Miljoner människor med förlamning bor i USA. Ibland kommer deras förlamning gradvis, som förekommer i ALS. Ibland kommer det plötsligt, som i Degrays fall.

Nu 64, Degray blev quadriplegic på Oktober 10, 2007, när han föll och upprätthöll en livskrävande ryggradssjukdom. "Jag tog ut papperskorgen i regnet", sa han. Håll soporna i ena handen och återvinningen i den andra, gled han på gräset och landade på hakan. Påverkan sparade sin hjärna men skadade allvarligt hans ryggrad, avbröt all kommunikation mellan hans hjärna och muskulatur från huvudet ner. "Jag har ingenting som händer under kragebenen," säger han.

Degray fick två enhetsimplantat i Hendersons händer i augusti 2016. I flera efterföljande forskningsmöten uppmuntrades han och de andra två studieaktörerna, som genomgick liknande operationer, att försöka eller visualisera mönster av önskad arm-, hand- och fingerrörelser. Resulterande neurala signaler från motorcortexen extraherades elektroniskt av de inbäddade inspelningsenheterna, överfördes till en dator och översattes av Shenoys algoritmer till kommandon som riktar en markör på ett skärmtangentbord till deltagarspecifika tecken.

Den snabba bruna räven ...

Forskarna mätte de hastigheter där patienterna kunde korrekt kopiera fraser och meningar, till exempel "Den snabba brunräven hoppade över den lata hunden." Genomsnittliga priser var 7.8 ord per minut för Degray och 6.3 och 2.7 ord per minut, för de andra två deltagarna.

Det undersökningssystem som användes i studien, ett intrakortiskt hjärn-datorgränssnitt som kallas BrainGate Neural Interface System, representerar den nyaste generationen BCI. Tidigare generationer plockade upp signaler först via elektriska ledningar placerade i hårbotten, sedan genom att vara kirurgiskt placerade på hjärnans yta under skallen.

En intrakortisk BCI använder ett litet kiselchip, drygt en sjättedel av en tums kvadrat, varigenom utstrålar 100-elektroder som tränger in i hjärnan till ungefär tjockleken på kvart och slår in i den elektriska aktiviteten hos enskilda nervceller i motorcortexen.

Henderson liknade den resulterande förbättrade upplösningen av neuralt avkänning jämfört med den av äldre generationens BCI, till att ge ut applåder till enskilda medlemmar i en studio publik istället för att bara placera dem i taket "så att du kan berätta hur svårt det är och hur snabbt varje person i publiken klappar. "

24 / 7 trådlöst system

Dagen kommer närmare fem än 10 år från och med nu, förutspår Shenoy-när ett självkalibrerande, helt implanterat trådlöst system kan användas utan vårdgivare, har ingen kosmetisk inverkan. och kan användas dygnet runt.

"Jag ser inga oöverstigliga utmaningar", säger han. "Vi vet vilka steg vi måste ta för att komma dit."

Degray, som fortsätter att delta aktivt i forskningen, visste hur man skriver före sin olycka men var ingen expert på den. Han beskrev hans nyligen avslöjade förmåga på språket i ett videospel avicionado.

"Det här är som ett av de coolaste videospel jag någonsin har spelat med, säger han. "Och jag behöver inte ens lägga ett kvarts i det."

Stanford forskningsassistent Christine Blabe är också en studie coauthor, liksom BrainGate forskare från Massachusetts General Hospital och Case Western University.

Finansieringen kom från National Institutes of Health, Stanford Office of Postdoctoral Affairs, Craig H. Neilsen Foundation, Stanford Medical Scientist Training Program, Stanford BioX-NeuroVentures, Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, Stanford Neuroscience Institute , Larry och Pamela Garlick, Samuel och Betsy Reeves, Howard Hughes Medical Institute, US Department of Veterans Affairs, MGH-Dean Institute for Integrated Research on Atrial Fibrillation and Stroke, och Massachusetts General Hospital.

Stanfords Office of Technology Licensing innehar immateriella rättigheter på de interkortiska BCI-relaterade tekniska framsteg som gjorts i Shenoy's lab.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Källa: Bruce Goldman för Stanford University

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon