Un collegamento cervello-computer ha recentemente consentito alle persone con grave debolezza degli arti di digitare tramite controllo cerebrale diretto alle più alte velocità e livelli di accuratezza riportati fino ad oggi.
Due dei partecipanti hanno la sclerosi laterale amiotrofica, chiamata anche malattia di Lou Gehrig, e uno ha una lesione del midollo spinale.
Ognuno di loro aveva uno o due schieramenti di elettrodi di dimensioni aspirina posizionati nel cervello per registrare i segnali dalla corteccia motoria, una regione che controllava il movimento dei muscoli. I segnali sono stati trasmessi a un computer tramite un cavo e tradotti da algoritmi in comandi point-and-click che guidano un cursore ai caratteri su una tastiera su schermo.
Ogni partecipante, dopo una formazione minima, ha padroneggiato la tecnica in modo sufficiente da sovraperformare i risultati di qualsiasi precedente test di interfacce cervello-computer, o BCI, per migliorare la comunicazione da parte di persone con movimenti altrettanto limitati. In particolare, hanno raggiunto le percentuali di digitazione senza l'utilizzo dell'assistenza automatica per il completamento delle parole comune nelle applicazioni di tastiera elettronica al giorno d'oggi, il che probabilmente avrebbe aumentato le loro prestazioni.
Un partecipante, Dennis Degray di Menlo Park, in California, è stato in grado di digitare caratteri 39 corretti al minuto, equivalenti a circa otto parole al minuto.
Questo approccio punta e clicca potrebbe essere applicato a una varietà di dispositivi informatici, inclusi smartphone e tablet, senza modifiche sostanziali, affermano i ricercatori. I loro risultati appaiono sulla rivista eLife.
"Questo è come uno dei videogame più fantastici con cui abbia mai giocato. E non devo nemmeno metterne un quarto. "
"Il successo del nostro studio segna una pietra miliare sulla strada per migliorare la qualità della vita per le persone con paralisi", dice Jaimie Henderson, professore di neurochirurgia presso la Stanford University, che ha eseguito due dei tre procedimenti di impianto del dispositivo allo Stanford Hospital. Il terzo ha avuto luogo al Massachusetts General Hospital.
"Questo studio riporta la massima velocità e precisione, di un fattore tre, rispetto a ciò che è stato mostrato prima", afferma l'autore co-senior Krishna Shenoy, professore di ingegneria elettrica. "Ci stiamo avvicinando alla velocità con cui puoi digitare del testo sul tuo cellulare."
"La performance è davvero emozionante", dice l'ex borsista post-dottorato Chethan Pandarinath, che ora ha un appuntamento congiunto alla Emory University e al Georgia Institute of Technology come assistente professore di ingegneria biomedica. "Stiamo raggiungendo i tassi di comunicazione che molte persone con la paralisi delle braccia e delle mani potrebbero trovare utili. Questo è un passaggio fondamentale per realizzare dispositivi che potrebbero essere adatti all'uso nel mondo reale. "
Il laboratorio di Shenoy ha aperto la strada agli algoritmi utilizzati per decodificare le complesse raffiche di segnali elettrici attivati dalle cellule nervose nella corteccia motoria, il centro di comando del cervello per il movimento e convertirli in tempo reale in azioni ordinariamente eseguite da midollo spinale e muscoli.
"L'uso di questi algoritmi BCI ad alte prestazioni nelle sperimentazioni cliniche umane dimostra il potenziale per questa classe di tecnologia di ripristinare la comunicazione alle persone con paralisi", afferma Paul Nuyujukian, studioso postdottorato.
'Stavo portando fuori la spazzatura sotto la pioggia'
Milioni di persone con paralisi vivono negli Stati Uniti. A volte la loro paralisi viene gradualmente, come avviene nella SLA. A volte arriva all'improvviso, come nel caso di Degray.
Ora 64, Degray è diventato tetraplegico in ottobre 10, 2007, quando è caduto e ha subito una lesione del midollo spinale che cambia la vita. "Stavo portando fuori la spazzatura sotto la pioggia", ha detto. Tenendo la spazzatura in una mano e il riciclaggio nell'altra, scivolò sull'erba e atterrò sul suo mento. L'impatto gli ha risparmiato il cervello ma gli ha gravemente danneggiato la spina dorsale, interrompendo tutte le comunicazioni tra il suo cervello e la muscolatura dalla testa in giù. "Non ho niente sotto le clavicole", dice.
Degray ha ricevuto due impianti del dispositivo nelle mani di Henderson in agosto 2016. In diverse sessioni di ricerca successive, lui e gli altri due partecipanti allo studio, che sono stati sottoposti a interventi chirurgici simili, sono stati incoraggiati a tentare o visualizzare schemi di movimenti desiderati di braccia, mani e dita. I segnali neurali risultanti dalla corteccia motoria sono stati estratti elettronicamente dai dispositivi di registrazione incorporati, trasmessi a un computer e tradotti dagli algoritmi di Shenoy in comandi che indirizzano un cursore su una tastiera su schermo ai caratteri specificati dal partecipante.
La volpe marrone veloce ...
I ricercatori hanno misurato le velocità con cui i pazienti sono stati in grado di copiare correttamente frasi e frasi, ad esempio "La rapida volpe bruna è saltata sul cane pigro". Le velocità medie erano parole 7.8 al minuto per Degray e 6.3 e 2.7 parole al minuto, rispettivamente, per gli altri due partecipanti.
Il sistema sperimentale utilizzato nello studio, un'interfaccia intracorticale cervello-computer chiamata BrainGate Neural Interface System, rappresenta l'ultima generazione di BCI. Le generazioni precedenti raccoglievano i segnali prima attraverso i conduttori elettrici posti sul cuoio capelluto, poi venivano posizionati chirurgicamente sulla superficie del cervello sotto il cranio.
Un BCI intracorticale utilizza un minuscolo chip di silicio, poco più di un sesto di pollice quadrato, dal quale sporgono gli elettrodi 100 che penetrano nel cervello fino a circa lo spessore di un quarto e attingono all'attività elettrica delle singole cellule nervose nella corteccia motoria.
Henderson ha paragonato la risoluzione migliorata del rilevamento neurale, paragonata a quella dei BCI di vecchia generazione, a quella di distribuire i contatori di applausi ai singoli membri di un pubblico in studio piuttosto che stazionarli sul soffitto, "così puoi dire quanto sia difficile e quanto velocemente ogni persona tra il pubblico applaude ".
Sistema wireless 24 / 7
Il giorno arriverà - più vicino a cinque rispetto a 10 da oggi, secondo Shenoy - quando un sistema wireless autocalibrante completamente impiantato può essere utilizzato senza l'assistenza dell'assistente, non ha alcun impatto estetico. e può essere utilizzato tutto il giorno.
"Non vedo alcuna sfida insormontabile", dice. "Conosciamo i passi che dobbiamo compiere per arrivarci".
Degray, che continua a partecipare attivamente alla ricerca, sapeva come scrivere prima dell'incidente ma non era esperto. Ha descritto la sua abilità recentemente rivelata nella lingua di un appassionato di videogiochi.
"Questo è come uno dei videogame più fantastici con cui abbia mai giocato," dice. "E non devo nemmeno metterne un quarto."
Anche Christine Blabe, ricercatrice di Stanford, è una coautrice di studi, così come i ricercatori di BrainGate del Massachusetts General Hospital e della Case Western University.
I finanziamenti provenivano dal National Institutes of Health, dallo Stanford Office of Postdoctoral Affairs, dalla Craig H. Neilsen Foundation, dallo Stanford Medical Scientist Training Program, dalla Stanford BioX-NeuroVentures, dallo Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, dallo Stanford Neuroscience Institute , Larry e Pamela Garlick, Samuel e Betsy Reeves, l'Howard Hughes Medical Institute, il Dipartimento per gli affari dei veterani degli Stati Uniti, l'MGH-Dean Institute for Integrated Research on Atrial Fibrillation and Stroke e il Massachusetts General Hospital.
L'Office of Technology Licensing di Stanford detiene la proprietà intellettuale sui progressi ingegneristici intercorporali relativi al BCI realizzati nel laboratorio di Shenoy.
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Fonte: Bruce Goldman per Università di Stanford
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