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Der Brain-Computer Interface Das ist eine Quadriplegic Frau, die ein Cup bewegen lassen

2012-05-16 5
   
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résuméZwei schwerstgelähmte Menschen betrieben Roboterarme und Prothetik Gedanken von Implantaten im Gehirn erfasst verwenden, eine neue Studie offenbart. Im Inneren des Gehirns eines Probanden als S3 bekannt, eine Symphonie von Neuronen in ihrer motorisch
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Zwei schwerstgelähmte Menschen betrieben Roboterarme und Prothetik Gedanken von Implantaten im Gehirn erfasst verwenden, eine neue Studie offenbart.

Der Brain-Computer Interface Das ist eine Quadriplegic Frau, die ein Cup bewegen lassen

Im Inneren des Gehirns eines Probanden als S3 bekannt, eine Symphonie von Neuronen in ihrer motorischen Kortex einen Tag im April letzten Jahres gefeuert. Gelähmt durch Schlaganfall vor 15 Jahren, das 58-jährige Frau mit einem hellen Lächeln und ein auffällig rotes Hemd trägt vorstellen können, dass ihr Arm wieder arbeitete und dass es im Raum zu bewegen. Sie bestellte eine Tasse mit einem morgendlichen Dosis von Joe gefüllt abholen.

Lesen Sie einen exklusiven Ausschnitt aus The Atavist über Thema S3, Cathy Hutchinson.
Der Brain-Computer Interface Das ist eine Quadriplegic Frau, die ein Cup bewegen lassen

In der Nähe ihrem Rollstuhl eine blauen und grauen Roboterarm schwang in Aktion. Schwenkbare in Richtung Patient S3, erreichte es seine mechanische Hand aus und griff nach einem Behälter Kaffee mit einem Deckel und Stroh, es bis S3 wartet Lippen zu heben. Ankunft in genau der richtigen Stelle sie auf dem Stroh gesaugt, ein einfacher Akt für die meisten Menschen, dass sie nicht in der Lage gewesen war seit mehr als einem Jahrzehnt auf eigene Faust zu tun.

In einem Video des Manövers, S3 strahlendem Gesicht registriert ihre Freude.

Nach Angaben der Forscher, deren Arbeit wurde in Nature veröffentlicht heute , ist dies die erste Peer-Review - Studie von einer Person mit einer schweren Lähmung einen Roboter oder Armprothese direkt im dreidimensionalen Raum mit Gedanken zu steuern.

"Wir zeigen, dass Menschen mit langjährigen, profunden Lähmung komplexen realen Maschinen wie Roboterarme bewegen kann, und nicht nur virtuelle Geräte, wie ein Punkt auf einem Computer", sagte Brown University Neurowissenschaftler John Donoghue, einer der leitenden Forscher.

Im Jahr 2006, Brown und Kollegen ein Papier veröffentlicht , in der Natur auf einer früheren Version dieses Gerätes und Verfahren - genannt Braingate - die in einem Mann aus dem Hals gelähmt zeigte nach unten , dass es möglich war , einen Cursor auf einem Computer Gedanken mit sich zu bewegen. Die aktualisierte Version von S3 verwendet wird, ist Braingate II.

Im Video kann man sehen, was wie ein Stecker sieht nach oben von S3 Kopf angebracht, Hinter Drähte, die auf einem Computer laufen. Der Stecker ist zu einem winzigen Bett von 96 Haargroßen Elektroden von der Größe eines Aspirin des Kindes angebracht, die von einem Chirurgen direkt auf ihr Gehirn implantiert. Das Bett von Sensoren ist mit einer Nickel-Größe Sockel in ihre Kopfhaut versteckt verbunden - die für Braingate-Plug als Ausgang dient. Drähte aus dem Stecker wurden mit einem Computer verbunden.

"Mit Hilfe eines ausgeklügelten Algorithmus Jahre in der Herstellung wurde die Fuzzy-Rauschen des Gehirns aussortiert und die kritischen Signale identifiziert", sagte Donoghue. "Der Computer übersetzt diese Signale in Befehle für den künstlichen Arm." S3 und eine 66jährige als T2 entwickelt männliche Person eine Reihe von Greifaufgaben durchgeführt, einschließlich der snatching des Kaffees.

"Wir haben gezeigt, eigentlich zwei Arten von Robotern - eine, die eine unterstützende Technologie und eine andere, die gemacht wird, eine Prothese für Amputierte zu sein", sagte Donoghue. "Sie konnten die Hand überall beide Position in 'erreichen' Raum und die Hand schließen, um einen Ball nach Belieben zu greifen."

Das Projekt war eine Zusammenarbeit von Neurowissenschaftlern, Neurologen und Experten in den Bereichen Robotik, Computer und Algorithmen.

Braingate wurde von der Food and Drug Administration als eine frühe Phase der klinischen Studie für eine Handvoll Menschen genehmigt, obwohl die Ethik der eine Person durch eine Operation setzen, die immer ein gewisses Risiko hat, ein Problem bleibt. Dies wird einige durch die erfolgreiche Implantation von zig-of-Tausende von tiefen Hirn Geräte gelindert, die das Zittern der Patienten mit Parkinson-Krankheit verwendet werden, zu behandeln.

Kritiker der früheren Arbeit des Teams genannt, die Arbeit beim Menschen verfrüht, und waren abweisend, was dann ein kommerzieller Ansatz durch eine Firma namens Cyberkenetics - die seit "geschlossen" hat nach Donoghue. Die gegenwärtigen Bemühungen ist akademisch, fügte er hinzu.

Im Jahr 2005 sah ich das Original Braingate in Aktion außerhalb von Boston, wo ein 25 Jahre alter Mann vom Hals abwärts gelähmt war zu einer ziemlich großen Bank von Computern und Prozessoren angeschlossen. (Check out my NPR Morning Edition Geschichte heraus, " Das Denken ist Handeln mit Cyborg - Technologie" - auch eine schriftliche Version in Technology Review ). Während der Demonstration der Patient, Mathew Nagle, war in der Lage, einen Cursor auf einem Computer zu bewegen und die einfache Videospiel "Pong" spielen. Er war auch in der Lage zu öffnen und das Metall Hand eines Armprothese schließen.

Das System hat jedoch eine lange Zeit für die Techniker das Gerät in Betrieb zu kalibrieren - Nagles Gedankensignale mit dem Computer zusammenpassen. Nagle schien manchmal frustriert, die auf einer Computeranimation er nicht einen kleinen Beutel mit Geld mit dem Cursor fangen konnte.

"Ich kann es heute nicht bekommen, nicht einmal in der Nähe", sagte er mir, wenn auch an anderen Tagen sagte er, er war erfolgreicher. Er war in der Lage Kanäle auf einem TV-Gerät das Braingate mit zu ändern.

Kritiker damals gefragt, ob die Versuche am Menschen verfrüht waren. "Die Bewegungen they'reâ € ¨ immer roh sind", sagte University of Pittsneurowissenschaftler Andrew Schwartz, einem anderen führenden Unternehmen im Bereich, im Jahr 2005. "Es ist â € nicht klar, wie gut die menschliche Aufnahmen der neuronalen Signale sind. Um nützlich, wird es viel besser sein müssen, mehr Dinge zu tun ", sagte er.

Donoghue sagt, dass die neueste Version von Braingate stark gegenüber dem Original verbessert.

Er und seine Kollegen an der Brown arbeiten, um die Drähte zu beseitigen und ein drahtloses System zu erstellen. Sie führen die Arbeit an Affen, sagte er, müssen aber noch die FDA-Zulassung für die menschliche Prüfung.

Die Arbeit ist noch Jahre entfernt von bereit zu sein für den Routineeinsatz, sagte Leigh Hochberg, Neurologe am Massachusetts General Hospital in Boston und ein anderer Haupt des Braingate-Projekt. "Es hat einen Unterschied in das Leben der Menschen zu machen, und erschwinglich sein", sagte er. Die Wissenschaftler müssen auch auf mehr Menschen über einen längeren Zeitraum die Daten zu replizieren.

Braingate II scheint uns zu nehmen ein Baby kriechen näher zu einem Alter von echten Gehirn-Maschine-Schnittstellen (BMIs), die Donoghue und Unternehmen führen glauben an Wiederverbindung beschädigt Gliedmaßen mit dem Gehirn.

Es ist auch eine mögliche Schritt in Richtung Anfang der Millionen von einzelnen Noten in der neuronalen Symphonie des Gehirns zu entwirren. Tatsächlich fragte ich Donoghue, wenn Menschen immer entwirren, was heute meist eine Unschärfe von elektrischen statisch ist.

"Ja", antwortete er, aber das bedeutet nicht, dass wir jemals in der Lage sein, individuelle Bewusstsein zu reproduzieren. "Jeder Gedanke führt zu einem einzigartigen Muster weit über Millionen von Neuronen ausbreiten. Die Details Ihrer Gedanken, meiner Meinung nach, in diesem speziellen Muster sind, und sie werden nicht vollständig gelesen werden können, um möglicherweise überhaupt. Sie sind so einzigartig wie die Wolken Sie morgen sehen werden. Wir können den allgemeinen Stil nennen, aber nicht immer, dass die genaue Muster zweimal zu sehen. "

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