Interfaz cerebro-computadora inalámbrica de suspensión encantado de pandilla para humanos – ScienceDaily

Ahora, por primera vez, los participantes en el ensayo clínico BrainGate con cuadriplejía han demostrado el uso de un BCI inalámbrico intracortical con un transmisor inalámbrico externo. El sistema es capaz de transmitir señales cerebrales con una resolución de una sola neurona y con total fidelidad de banda ancha sin vincular físicamente al usuario a un sistema de decodificación. Los cables tradicionales se reemplazan por un transmisor pequeño de aproximadamente 2 pulgadas en su tamaño más grande y que pesa poco más de 1.5 onzas. La unidad se coloca en la cabeza del usuario y se conecta a una matriz de electrodos dentro de la corteza motora del cerebro utilizando el mismo puerto que utilizan los sistemas cableados.

Para un estudio publicado en Transacciones IEEE sobre ingeniería biomédica, dos participantes de ensayos clínicos con parálisis utilizaron el sistema BrainGate con un transmisor inalámbrico para apuntar, hacer clic y escribir en una tableta normal. El estudio mostró que el sistema inalámbrico transmite señales con prácticamente la misma fidelidad que los sistemas cableados, y los participantes lograron una precisión de apuntar y hacer clic y una velocidad de escritura similares.

«Hemos demostrado que este sistema inalámbrico es funcionalmente equivalente a los sistemas cableados que han sido el estándar de oro en el rendimiento de BCI durante años», dijo John Simeral, profesor asistente de ingeniería (investigación) en la Universidad de Brown, miembro del consorcio de investigación BrainGate. y autor principal del estudio. «Las señales se registran y transmiten con una fidelidad similar, lo que significa que podemos usar los mismos algoritmos de decodificación que usamos con el equipo cableado. La única diferencia es que las personas ya no necesitan estar físicamente atadas al nuestro. Equipo, lo que abre nuevas posibilidades en términos de cómo se puede utilizar el sistema «.

Los investigadores dicen que el estudio representa un primer pero importante paso hacia un objetivo importante en la investigación de BCI: un sistema intracortical completamente implantable que ayuda a restaurar la independencia de las personas que han perdido la capacidad de moverse. Aunque se ha informado anteriormente de dispositivos inalámbricos con menor ancho de banda, este es el primer dispositivo que transmite el espectro completo de señales registradas por un sensor intracortical. Esa señal inalámbrica de banda ancha permite la investigación clínica y la neurociencia humana básica que es mucho más difícil de lograr con BCI cableadas.

El nuevo estudio demostró algunas de estas nuevas posibilidades. Los participantes del estudio, un hombre de 35 años y un hombre de 63 años, ambos paralizados por lesiones en la médula espinal, pudieron usar el sistema en sus hogares, a diferencia del laboratorio donde se lleva a cabo la mayor parte de la investigación. BCI . lugar. Liberados de los cables, los participantes pudieron usar el BCI de forma continua durante hasta 24 horas, lo que proporcionó a los investigadores datos duraderos incluso mientras los participantes dormían.

«Queremos comprender cómo evolucionan las señales neuronales con el tiempo», dijo Leigh Hochberg, profesor de ingeniería en Brown, investigador del Instituto Carney de Ciencias del Cerebro de Brown y líder del ensayo clínico BrainGate. «Con este sistema, podemos observar la actividad cerebral, en casa, durante largos períodos de una manera que antes era casi imposible. Esto nos ayudará a diseñar algoritmos de decodificación que brinden una restauración de la comunicación fluida, intuitiva y confiable. Y movilidad para las personas con parálisis «.

El dispositivo utilizado en el estudio se desarrolló por primera vez en Brown en el laboratorio de Arto Nurmikko, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown. Apodado el dispositivo inalámbrico marrón (BWD), fue diseñado para transmitir señales de alta fidelidad con un consumo mínimo de energía. En el estudio actual, dos dispositivos usados ​​juntos registraron señales neuronales a 48 megabits por segundo de 200 electrodos con una duración de batería de más de 36 horas.

Aunque el BWD se ha utilizado con éxito durante varios años en la investigación en neurociencia básica, se requirieron más pruebas y autorización reglamentaria antes de utilizar el sistema en el estudio BrainGate. Nurmikko dice que la transición al uso humano marca un momento clave en el desarrollo de la tecnología BCI.

«Tengo el privilegio de ser parte de un equipo que amplía los límites de las interfaces cerebro-máquina humano», dijo Nurmikko. «Es importante destacar que la tecnología inalámbrica descrita en nuestro artículo nos ha ayudado a obtener conocimientos cruciales sobre la forma de investigar la próxima generación de neurotecnología, como interfaces electrónicas inalámbricas de alta densidad totalmente implantadas para el cerebro».

El nuevo estudio marca otro avance significativo de los investigadores del consorcio BrainGate, un grupo interdisciplinario de investigadores de las universidades de Brown, Stanford y Case Western Reserve, así como del Centro Médico de Asuntos de Veteranos de Providence y el Hospital General de Massachusetts. En 2012, el equipo publicó una investigación fundamental en la que los participantes de un ensayo clínico pudieron, por primera vez, operar prótesis robóticas multidimensionales utilizando un BCI. Ese trabajo fue seguido por un flujo constante de mejoras en el sistema, así como por nuevos avances clínicos que permitieron a las personas escribir en computadoras, usar aplicaciones de tabletas e incluso mover sus extremidades paralizadas.

«La evolución de las BCI intracorticales de requerir un cable metálico a usarse en lugar de un transmisor inalámbrico en miniatura es un paso importante hacia el uso funcional de interfaces neuronales de alto rendimiento totalmente implantadas», dijo la coautora del estudio Sharlene Flesher. Fellow y ahora es ingeniero de hardware en Apple. «A medida que el campo avanza hacia la reducción del ancho de banda transmitido mientras se preserva la precisión del control de los dispositivos de asistencia, este estudio puede ser uno de los pocos que puede capturar la amplitud completa de las señales corticales durante períodos de tiempo prolongados, incluso durante el uso práctico del BCI» .

La nueva tecnología inalámbrica ya está pagando dividendos de formas inesperadas, dicen los investigadores. Debido a que los participantes pueden usar el dispositivo inalámbrico en sus hogares sin un técnico disponible para mantener la conexión por cable, el equipo de BrainGate pudo continuar su trabajo durante la pandemia de COVID-19.

«En marzo de 2020, quedó claro que no podríamos visitar los hogares de nuestros participantes en la investigación», dijo Hochberg, quien también es neurólogo de cuidados intensivos en el Hospital General de Massachusetts y director de Investigación y Desarrollo de Rehabilitación de VA. Centro de Neurorestauración y neurotecnología. «Pero al capacitar a los trabajadores de la salud para que se conectaran de forma inalámbrica, un participante del ensayo pudo usar BCI sin los miembros de nuestro equipo físicamente presentes. Por lo tanto, no solo pudimos continuar nuestra investigación, esta tecnología nos permitió continuar con el ancho de banda completo y la fidelidad que necesitábamos tenía antes «.

Simeral señaló que «Varias empresas han entrado en el campo de BCI maravillosamente y algunas ya han demostrado el uso humano de sistemas inalámbricos de ancho de banda bajo, incluidos algunos que están completamente implantados. En este informe, estamos encantados de haber utilizado un ancho de banda alto sistema inalámbrico que mejora las capacidades científicas y clínicas de los sistemas futuros «.