Nové protézy fungují na principu čtení myšlenek
Technologie
Foto: Shutterstock

Nové protézy fungují na principu čtení myšlenek

Vědci z University of Minnesota Twin Cities vytvořili systém, který umožňuje lidem s amputovanou končetinou ovládat robotickou ruku pomocí mozkových impulzů, nikoli svalů. Tato nová technologie je přesnější a méně rušivá než předchozí metody.

29.07.22

Většina komerčních protéz končetin, které jsou nyní na trhu, je ovládána rameny nebo hrudníkem pomocí systému drátů a popruhů. Sofistikovanější modely využívají senzory, které detekují drobné pohyby svalů v pacientově přirozené končetině nad protézou. Ani jeden z těchto způsobů však není jednoduché se naučit, proto může být pro mnoho lidí jen obtížně použitelný. 

Katedra biomedicínského inženýrství na Minnesotské univerzitě s pomocí průmyslových spolupracovníků vyvinula malé implantovatelné zařízení, které se připojuje k perifernímu nervu v paži člověka. Tato technologie ve spojení s robotickou paží a počítačem s umělou inteligencí dokáže detekovat a dešifrovat mozkové impulzy, což umožňuje lidem s amputovanou horní končetinou pohybovat paží pouze pomocí myšlenek. 

Nejnovější článek vědců byl publikován v časopise Journal of Neural Engineering, recenzovaném vědeckém časopise pro interdisciplinární obor nervového inženýrství. „Je to mnohem intuitivnější než jakýkoli dosavadní komerční systém," řekl Jules Anh Tuan Nguyen, postdoktorand a absolvent doktorského studia biomedicínského inženýrství na University of Minnesota Twin Cities. „U jiných komerčních protetických systémů to funguje tak, že když chce člověk pohnout prstem, vlastně na pohyb prstu nemyslí. Snaží se aktivovat svaly na ruce, protože právě to systém snímá. Z tohoto důvodu tyto systémy vyžadují hodně učení a cviku. Naše technologie interpretuje nervový signál přímo, zná tedy pacientův záměr. Pokud chce člověk pohnout prstem, stačí, aby na pohyb prstem myslel." 

Nguyen pracoval na tomto výzkumu přibližně 10 let spolu s docentem Zhi Yangem z katedry biomedicínského inženýrství Minnesotské univerzity a byl jedním z klíčových vývojářů technologie nervového čipu. Projekt začal konkrétně v roce 2012, kdy Edward Keefer, průmyslový neurovědec a generální ředitel společnosti Nerves, Incorporated, oslovil Yanga s návrhem na vytvoření nervového implantátu, který by mohl prospět lidem po amputaci. Dvojice získala finanční prostředky od americké vládní agentury DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) a od té doby provedla několik úspěšných klinických testů. 

„Fakt, že můžeme ovlivnit skutečné lidi a zkvalitnit jejich životy, je opravdu důležitý," řekl Nguyen. „Je zábavné vyvíjet nové technologie, ale pokud děláte jen experimenty v laboratoři, nemá to na nikoho přímý dopad. Proto chceme být na Minnesotské univerzitě a zapojit se do klinických studií. Poslední tři nebo čtyři roky jsem měl tu čest pracovat s několika lidskými pacienty. Je pro mě velmi emotivní, když jim mohu pomoci pohnout prstem nebo zvládnout cokoli, co jim do té doby připadalo nemožné."

Velkou roli v tom, že ve srovnání s podobnými technologiemi funguje systém tak dobře, hraje zapojení umělé inteligence, která využívá strojové učení, aby pomohla interpretovat signály z nervu. „Umělá inteligence má úžasnou schopnost pomoci vysvětlit mnoho vztahů," řekl Yang. „Tato technologie nám umožňuje přesně zaznamenávat lidská data, data z nervů. Díky nim může systém umělé inteligence vyplnit případné mezery a určit, co se děje. To je opravdu velká věc, umět spojit tuto novou čipovou technologii s umělou inteligencí. Může to pomoci zodpovědět spoustu otázek, na které jsme dříve nedokázali odpovědět." 

Tato technologie může navíc pomoci nejen pacientům po amputaci, ale i dalším osobám, které trpí neurologickými poruchami a chronickou bolestí. Yang vidí budoucnost, kdy již nebudou potřeba invazivní operace mozku, a místo toho bude možné přistupovat k mozkovým signálům prostřednictvím periferního nervu. 

Implantovatelný čip má navíc i jiné využití než jen v medicíně. V současné době systém vyžaduje dráty, které procházejí kůží, aby se připojil k vnějšímu rozhraní umělé inteligence a robotické paži. Pokud by se však čip mohl na dálku připojit k jakémukoli počítači, dal by lidem možnost ovládat svá osobní zařízení - například auto nebo telefon - pomocí mysli. 

„Některé z těchto věcí se skutečně dějí. Mnoho výzkumů se přesouvá z kategorie takzvaných 'sci-fi' do kategorie vědy," řekl Yang. „Tato technologie byla původně navržena pro amputované končetiny, ale pokud se bavíme o jejím skutečném potenciálu, mohli bychom ji nakonec využívat my všichni."

 

ZDROJ

Související

Lékaři oddělili siamská dvojčata pomocí virtuální reality

Týmy z Brazílie a Velké Británie strávily měsíce zkoušením technik využívajících projekce dvojčat virtuální reality na základě CT a MRI skenů. Sami chirurgové to označili za tak trochu vesmírnou vědu, šlo opravdu o velmi složitý separační proces, který doposud neměl při rozdělování dvojčat obdoby....


Chytré textilie cítí, jak se jejich uživatelé pohybují

Díky použití speciálního typu plastové příze a jejímu mírnému roztavení teplem, což je proces známý jako termoformování, se výzkumníkům podařilo výrazně zlepšit přesnost tlakových senzorů vetkaných do vícevrstvých pletených textilií, které nazývají 3DKnITS. Pomocí tohoto postupu vytvořili...


Vědci v Jižní Koreji vyvíjí tetování pro sledování zdraví

Vědci z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ve městě Daejeon jihozápadně od Soulu vyvinuli elektronický tetovací inkoust vyrobený z tekutého kovu a uhlíkových nanotrubiček, který funguje jako bioelektroda. Po připojení k zařízení pro elektrokardiogram (EKG) nebo jinému...