自检校“增强大脑计算机接口,可靠性

一项新的研究在科学转化医学描述了三个软件创新,大大改善了用户体验和性能的“大脑计算机接口(BCI)。研究人员说他们持续的收益是一个重大的进步努力开发和测试一个实际的BCI辅助技术,瘫痪的人可以使用容易,可靠地,独立地,需求恢复控制外部设备。

皮层bci如“使用一系列微小的植入电极接的电活动在大脑运动皮层的神经元。电脑,然后将这些信号转化为数字命令,允许用户控制电子设备,如电脑和机器手臂只是打算把自己的胳膊或手。翻译依赖于一个译码器,一个算法推断用户的运动意图的模式神经活动。

解码运动意图的挑战皮层电极信号随都因此改变,皮层BCIs译码器校准需要频繁中断。神经信号模式可以改变电极时,哪怕是轻微的移动;神经元的信号并不是之前检测到最终会加入记录合奏而另一个可能会被排除在外。神经信号的转变和漂移的性能BCI-the用户移动光标或机器人的能力通过思考将下降,直到解码器可以调整。这次调整通常是使用一个特殊的执行任务的参与者试图将光标移动到规定的目标,这样运动意图可以映射到新的神经活动模式。

基本提前在新的研究中是一组译码器升级,使算法来调整自身在实际BCI使用无需用户停止校准任务每次变化的信号。论文中报告的研究结果表明,该新解码器保存BCI性能比以前更长,甚至有助于改善用户的准确打字速度在一个屏幕上的键盘。而不是频繁的停顿了校准,用户可以输入几个小时,暂停只有当他们想和不需要技术人员进行干预。

“消除需要运行一个校准任务时所记录的信号变化会使临床BCI更用户友好的和容易使用,”作者说贝亚特Jarosiewicz,布朗大学(研究)神经科学助理教授和布朗脑科学研究所,研究员普罗维登斯退伍军人医疗中心(PVAMC)。

“大脑之门”的团队包括科学家、工程师、和临床医生从布朗,马萨诸塞州总医院(MGH) PVAMC,斯坦福大学、凯斯西储大学。

在斯坦福大学的一个特别引人注目的演示站点的飞行员的临床试验,一个女人认定为“T6,“谁是诊断出患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,是能够使用“大脑之门”的六个交易日几小时在42天没有任何中断明确调整译码器初始化后的第一天。T6输入段落、暂停和unpausing BCI在她自己的,而译码器校准本身。

“看我们的参与者使用这种更健壮的系统类型在电脑屏幕上突显出临床上有用的系统中,在取得进步”的雷博士说,布朗工程教授Neurorestoration和脑科学中心主任PVAMC, MGH神经学、神经技术试验单位主管和高级该论文的作者之一。

聪明的编码

创新利用的信息产生试验参与者使用系统。在一个创新,称为“回顾目标推理”,译码器分析用户的最近目标选择更新其解释潜在的神经信号产生。例如,如果一个参与者是将光标移动到“B-R-A-I-N-G-A-T-E,”Jarosiewicz说,译码器已经确定的新信息对用户的运动意图在每个字母之间的轨迹。例如,当光标从B R,人的运动意图可以直接推断是R。

“我们可以使用这些信息来更新神经信号之间的映射和解码器的‘理解’人的运动的意图,“Jarosiewicz说。

与此同时,译码器现在还跟踪运动皮层的神经活动的基线水平时当参与者选择了暂停。因为变化神经信号随着时间的推移,神经元的放电模式运动皮层可能已经改变了自从上次暂停。跟踪这个基准利率在暂停期间帮助系统开始更好的校准当用户决定把系统。

第三个创新是跟踪,而参与者使用系统,新兴的偏见在光标移动的速度和减去解码的运动。保持一个更好的平衡的速度在不同的方向导致更多的准确性和更直观的用户体验。

团队进行一些研究会议,确认新的创新是重要的和积极的参与者之间的差异。其中包括要求参与者类型一两个小时在一些会议时自检校创新订婚和一些当他们关闭。性能保持稳定在会话特性上,但明显退化特性时。

的研究与创新,研究人员发现,把他们在允许系统后救援性能退化了缺少的功能。

原则上,改进的译码器可以应用于其他BCI任务,如三维控制机器人的手臂,甚至一个人自身的电子复活的胳膊或手。有独特的挑战,Jarosiewicz承认,但这是一个团队解决下一个问题。

目标仍然是发展“大脑之门”成一个系统,将提供给需要它的人,当他们需要它。

“仍有很多研究,”业务。“继续临床研究,我们将了解我们的研究扩展到更多的参与者。我们要使系统更快,更容易,更小,完全植入,更轻便,更少的需要专家研究员或照顾者,和提供更灵活的能力控制外部设备。

“在这些研究中,我们正在迈向健壮且灵活的通信系统为严重限制运动,包括有限或没有讲话。我们还专门不仅使控制计算机或机器人辅助设备,离婚脊髓损伤或stroke-working向目标重新连接大脑的肢体,让强大的皮层信号激活完全植入功能性电刺激装置,并重新启用活动直观运动自己的手臂和手。”

其强调,“我们的非凡的研究参与者真正的先驱。他们是参与审判,不是因为他们希望获得任何个人利益,而是因为他们想帮助我们开发和测试一个系统,将与瘫痪在未来帮助别人。”

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