Istraživači iz Nemačkog centra za primate—Lajbnic instituta za istraživanje primata u Getingenu razvili su novi protokol obuke za interfejse mozak-računar u studiji sa rezus majmunima. Metoda omogućava preciznu kontrolu protetskih ruku koristeći samo signale iz mozga.
Po prvi put, istraživači su uspeli da pokažu da su neuronski signali koji kontrolišu različite položaje ruku u mozgu prvenstveno važni za ovu kontrolu, a ne, kao što se ranije pretpostavljalo, signali koji kontrolišu brzinu pokreta.
Rezultati, koji su objavljeni u Neuronu, od suštinskog su značaja za poboljšanje fine kontrole nervnih proteza ruku, koje bi paralizovanim pacijentima mogle da vrate deo ili celu njihovu pokretljivost.
Nošenje torbi za kupovinu, uvlačenje konca u ušicu igle—snažni i precizni rukohvati su deo našeg svakodnevnog života. Koliko su nam važne (i velike) ruke shvatamo tek kada više ne možemo da ih koristimo, na primer, zbog paraplegije ili bolesti kao što je ALS, koje izazivaju progresivnu paralizu mišića.
Da bi pomogli pacijentima, naučnici decenijama istražuju neuroproteze. Ove veštačke ruke, ruke ili noge mogle bi da vrate pokretljivost osobama sa invaliditetom. Oštećene nervne veze se premošćuju preko interfejsa između mozga i računara koji dekodiraju signale iz mozga, prevode ih u pokrete i tako mogu da kontrolišu protezu.
Do sada, međutim, posebno protezama šake nedostajale su potrebne fine motoričke sposobnosti da bi se koristile u svakodnevnom životu.
„Koliko dobro proteza funkcioniše zavisi prvenstveno od neuronskih podataka koje čita kompjuterski interfejs koji je kontroliše“, kaže Andres Agudelo-Toro, naučnik u Neurobiološkoj laboratoriji u Nemačkom centru za primate i prvi autor studije.
„Prethodne studije o pokretima ruku i šake fokusirale su se na signale koji kontrolišu brzinu hvatanja. Želeli smo da saznamo da li bi neuronski signali koji predstavljaju položaje ruku mogli biti pogodniji za kontrolu neuroproteza.“
Za studiju, istraživači su radili sa rezus majmunima (Macaca mulatta). Kao i ljudi, imaju visoko razvijen nervni i vizuelni sistem kao i izraženu finu motoriku. To ih čini posebno pogodnim za istraživanje pokreta hvatanja.
Da bi se pripremili za glavni eksperiment, naučnici su obučili dva rezus majmuna da pomeraju virtuelnu ruku avatara na ekranu. Tokom ove faze treninga, majmuni su izvodili pokrete ruke sopstvenom rukom dok su istovremeno videli odgovarajući pokret virtuelne ruke na ekranu. Data rukavica sa magnetnim senzorima, koju su majmuni nosili tokom zadatka, beležila je pokrete ruku životinja.
Nakon što su majmuni naučili zadatak, obučeni su da kontrolišu virtuelnu ruku u sledećem koraku „zamišljajući“ stisak. Merena je aktivnost populacija neurona u kortikalnim područjima mozga koji su specifično odgovorni za kontrolu pokreta ruku.
Istraživači su se fokusirali na signale koji predstavljaju različite položaje ruku i prstiju i prilagodili algoritam interfejsa mozak-računar, koji prevodi neuronske podatke u pokret, u odgovarajućem protokolu.
„Odstupajući od klasičnog protokola, prilagodili smo algoritam tako da nije važno samo odredište pokreta, već i način na koji se tamo stiže, odnosno put izvršenja“, objašnjava Agudelo-Toro. „Ovo je na kraju dovelo do najtačnijih rezultata.“
Istraživači su zatim uporedili pokrete avatara sa podacima prave ruke koje su prethodno snimili i mogli su da pokažu da su oni izvedeni sa uporedivom preciznošću.
„U našoj studiji uspeli smo da pokažemo da su signali koji kontrolišu položaj ruke posebno važni za kontrolu neuroproteze“, kaže Hansjorg Scherberger, šef Neurobiološke laboratorije i viši autor studije.
„Ovi rezultati se sada mogu koristiti za poboljšanje funkcionalnosti budućih interfejsa mozak-računar, a time i za poboljšanje finih motoričkih veština neuronskih proteza.“
