ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Intuitivna kontrola robotske ruke korištenjem misli

Nedavno smo pisali kako je skupina švedskih znanstvenika, po prvi puta u povijesti, uspješno povezala umom upravljanu protezu na kosti, živce i mišiće preostalog dijela uda ruke jednog pacijenta, čime je istom vraćen izgubljeni osjet dodira.

Sada je skupina znanstvenika iz SAD-a, također po prvi puta u povijesti, uspjela implantirati neuroprotezu u područje mozga odgovornog za generiranje namjere. Time je pacijentu omogućeno da se, uz pomoć robotske ruke, rukuje, popije piće te zaigra takozvanu ‘kamen, škare, papir’ igru.

Dekodiranjem namjere moguće postići fluidnije pokrete udova

Za razliku od postojećih neuroproteza, koje su implantirane u područje mozga odgovorno za kretnje (motorni korteks) te rezultiraju neprirodnim kretnjama, neuroproteza implantirana u područje mozga odgovorno za stvaranje namjera omogućuje prirodnije i fluidnije kretnje.

Klinička testiranja, koja su bila organizirana s ciljem da testiraju sigurnost i efektivnost nove metode, vođena su od strane profesora Richard Andersena s Kalifornijskog Instituta za Tehnologiju (eng. Caltech), neurokirurga Charles Liu-a sa Sveučilišta Južna Karolina (eng. USC) te neurologa Mindy Aisena s Nacionalnog Rehabilitacijskog Centra Rancho Los Amigos.

Ideja da se neuroproteza poveže s područjem mozga odgovornim za generiranje namjere dolazi iz pokusa koje je profesor Andersen ranije proveo na životinjama. Naime, tim je pokusima otkriveno da se u posteriornom parijetalnom korteksu (PPK) stvara namjera izvođenja pokreta, koja se onda šalje motornom korteksu te putem leđne moždine samim udovima.

‘Signali u PPK-u sadrže informaciju o onome što zapravo namjeravate učiniti, a ne detalje samog izvršavanja pokreta. Kada, recimo, pomičete ruku, vi ne razmišljate o detaljima pokreta, već o samom cilju, na primjer “Želim podići ovu čašu”. Mi smo uspješno dekodirali te stvarne namjere, tražeći od sudionika pokusa da zamisle pokret u cjelini,’ rekao je profesor Andersen te dodao kako su očekivali da će sudionici pokusa imati manje problema sa signalima iz PPK.

Operacijski zahvat bez presedana

Uređaj je implantiran samohranom ocu dvoje djece u proljeće 2013. godine. Posljednje dvije godine dotični je pacijent Erik G. Sorto proveo pod nadzorom doktora kako bi trenirao pomicanje kursora na ekranu računala te upravljanje robotskom rukom.

‘Bio sam iznenađen jednostavnošću upravljanja protezom. Ono čega se sjećam jest izvantjelesno iskustvo te kako sam svima želio “dati pet”,’ rekao je ovaj sada već 10 godina paralizirani Sorto.

Liu i njegov tim implantirali su dvije 4x4 mm pločice elektroda na dva mjesta PPK-a, jednu za kontrolu dosega i jednu za kontrolu stiska ruke. Obje pločice imaju po 96 aktivnih elektroda koje snimaju aktivnosti neurona PPK-a. Elektrode su kablovima povezane s računalima koja dekodiraju aktivnosti mozga (namjeru) te upravljaju izlaznim uređajima, poput robotske ruke i kursora na računalnom ekranu.

‘Ove su pločice toliko male da je operacija, s obzirom na to da ih je potrebno vrlo precizno pozicionirati, bila izuzetno zahtjevna. Tim više što je sve vezano uz ovu operaciju bilo drugačije i novo. Ovakva operacije nikada do sada nije bila provedena,’ rekao je Liu. ‘Ne zaboravite da ono što smo u stanju napraviti - snimiti signale iz mozga i dekodirati ih - uvelike ovisi o funkcionalnosti ovih elektroda, što pak ovisi o samoj uspješnosti operacije.’

Rehabilitacijom do impresivnih rezultata

Samo šesnaest dana nakon operacije, Sorto je već, pod nadzorom terapeuta i uz prisustvo istraživača s Caltecha, započeo s terapijama čiji je cilj bio pomoći mu da vizualizira kako bi to bilo ponovno pomicati ruku.

‘Bilo je to veliko iznenađenje kada je pacijent uspješno kontrolirao robotsku ruku već prvog dana testiranja. Bio je to dokaz intuitivnosti upravljanja korištenjem PPK aktivnosti mozga,’ rekao je Andersen.

Danas, nakon mnogo sati provedenih trenirajući, Sorto je vrlo uspješan u upravljanju robotskom rukom i kursorom, koristeći signale namjere dekodirane na računalu. On tako uspješno ispija piće, rukuje se te obavlja niz drugih zadataka.

Istraživanje otkrilo jedinstveni spoj robotike, medicine i znanosti

‘Mi smo ovdje [u Rancho Los Amigos centru] posvećeni stvaranju napretka na području rehabilitacije te obnavljanju neuroloških funkcija korištenjem novih tehnologija, bilo onih temeljenih na vanjskom pomagalu, bilo onih temeljenih na plastičnosti mozga [plastičnost mozga je sposobnost istog da aktivnost oštećenog dijela nauči drugi dio mozga, op.a.],’ rekao je Aisen.

‘Ovo je istraživanje važno za razumijevanje uloge robotike i sučelja za povezivanje mozga s mehaničkim uređajima kao vanjskih pomagala čovjeka, no istovremeno, ono potvrđuje sposobnost mozga da ponovno nauči izgubljenu sposobnost. Stvorili smo jedinstveno okruženje koje naoko jednostavno povezuje robotiku, medicinu i znanost.’

Da ovo pak nije samo veliki napredak za znanost i budućnost svjedoči sam Sorto, koji i dalje želi nastaviti s testiranjima. ‘Meni je ovo vrlo bitno. Projekt treba mene, ali i ja trebam projekt. Činjenica da sam dio tima za pronalaženje rješenja koja će poboljšati život paraliziranih ljudi pruža mi veliko zadovoljstvo. Osim toga, nedostaje mi samostalnost. Kada bi ovo bilo dovoljno sigurno, sam bih se brijao, prao zube. Bilo bi to sjajno.’

Izvor: University of Southern California

Podijeli.