Exoskeletony ovládané mozgom pomôžu ochrnutým ľuďom

Priekopnícka štúdia naznačuje, ako môžu exoskeletony pomôcť ľudom postihnutých tetraplegiou. Tvorcovia systému hovoria, že od klinickej aplikácie je ešte stále vzdialený a pred jeho rozšírením sa musí vylepšiť.

Vedci z University of Grenoble zverejnili minulý týždeň výsledky štúdie, vďaka ktorej by mohli pacienti s tetraplegiou s pomocou robotických systémov opäť chodiť. Vedci zverejnili príbeh 28-ročného muža, ktorý napriek strate kontroly nad všetkými končatinami dokázal opäť kráčať.

Robotický systém so štyrmi končatinami ovládaný mozgovými signálmi pomohol tetraplegickému mužovi pohybovať pažami a chodiť pomocou rovnovážneho postroja namontovaného na strope.

Celotelový exoskelet, prevádzkovaný zaznamenávaním a dekódovaním mozgových signálov, ktorý pomohol tetraplegickému pacientovi pohybovať všetkými štyrmi jeho ochrnutými končatinami, je výsledkom dvojročnej práce.

Poopisovaný systém ešte nie je úplne dokončený, no názorne ukazuje, akým prínosom by mohol byť. Vedcov a konštruktérov čaká zdokonalenie nielen exoskeletonu, ale hlavne vylepšenie algorimtov, ktoré interpretujú mozgové signály a premieňajú na fyzický pohyb.

Pozrite siMyšlienkami ovládané exoskeletony pomôžu postihnutým

Pri poranení krčnej miechy, najzávažnejšom poranení miechy, zostáva asi 20 % pacientov tetraplegických so všetkými štyrmi končatinami čiastočne alebo úplne ochrnutými. Thibault, 28-ročný pacient v novej štúdii bol ochrnutý z pliec nadol, iba s určitým pohybom v bicepse a ľavom zápästí. Dokázal ovládať invalidný vozík pomocou joysticku ovládaného ľavou rukou.

„Náš prvý poloinvazívny bezdrôtový mozgovo-počítačový systém je určený pre dlhodobé používanie na aktiváciu všetkých štyroch končatín,“ povedal profesor Alim-Louis Benabid, prezident výkonnej rady spoločnosti Clinatec

„Predchádzajúce štúdie mozgu a počítača používali invazívnejšie záznamové zariadenia implantované pod najvzdialenejšiu membránu mozgu, kde nakoniec prestali pracovať. Boli tiež spojené s drôtmi, obmedzenými na vytváranie pohybu iba v jednej končatine, alebo sa sústredili na obnovenie pohybu na vlastné svaly pacientov.“

ZDROJ | The Lancet Neurology

Na Thibaultovej hlave, medzi mozgom a kožou, boli implantované dve záznamové zariadenia. Každé obsahovalo mriežku so 64 elektródami, tie zhromažďovali mozgové signály a potom ich prenášali do dekódovacieho algoritmu. Tento systém preniesol mozgové signály do pohybov, o ktorých si pacient myslel a poslal príkazy exoskeletu aby ich vykonal.

Počas dvojročnej štúdie vykonával Thibault rôzne mentálne úlohy, aby vycvičil algoritmus, porozumel jeho myšlienkam. Tiež postupne zvyšoval počet pohybov, ktoré by mohol urobiť. To zahŕňalo ovládanie virtuálneho avatara na hranie jednoduchých videohier, dosahovanie cieľov s avatarom a exoskeletom a chôdzu.

Pozrite siBudú sa dať ovládať invalidné vozíky len pomocou výrazu tváre?

Pokrok pacienta bol meraný z hľadiska toho, koľko stupňov slobody bol schopný dosiahnuť pri úlohách – od ovládania spínača poháňaného mozgom, začatie chôdze až po dotyk 2D a 3D objektov. Exoskelet mal 14 kĺbov a dokázal sa pohybovať 14 rôznymi spôsobmi. Spolu strávil 45 dní prevádzkou exoskeletu v laboratóriu a ďalšími 95 dňami školenia doma s výskumníkom pomocou avatara a videohry.

„Naše zistenia by nás mohli posunúť o krok bližšie k tomu, aby sme pomohli tetraplegickým pacientom riadiť počítače pomocou mozgových signálov. Možno by sme začali jazdiť na invalidných vozíkoch využívajúcich mozgovú aktivitu namiesto pákových ovládačov a pokračovali vo vývoji exoskeletu na zvýšenie mobility,“ povedal profesor a neurochirurg Stephan Chabardes.

Ďalšie štúdie objasnia funkciu mozgu a poskytnú viac informácií o tom, ako senzimotorické kortiky generujú signály potrebné na dosiahnutie skutočných a virtuálnych pohybov. Autori štúdie zistili, že pacient bol schopný vykonávať úlohy priemerne s 10 až 20 % väčším úspechom pri použití exoskeletu ako avataru. Môže to byť preto, že spätná väzba s avatarom je čisto vizuálna, zatiaľ čo pri exoskelete je pacientovi bohatšia spätná väzba zo skutočného sveta.

Výskum, ktorý financovala spoločnosť Clinatec ukazuje dve veci. V prvom rade dáva nádej ľuďom s tetraplegiou, že sa raz budú môcť pohybovať aj bez pomoci iných. No na druhej strane nás čaká ešte dlhý cesty vývoja, pokým sa budú tieto systémy začať masovo používať. Dúfajme, že to nebude trvať pridlho.

ZdrojThe Lancet Neurology,EurekAlert!

Komentáre k článku