En un ensayo clínico en curso, una mujer paralítica fue capaz de alcanzar y beber una bebida por su cuenta – por primera vez en casi 15 años – mediante el uso de sus pensamientos para dirigir un brazo robótico.
El ensayo sirve para evaluar la seguridad y la viabilidad de un dispositivo de investigación llamado el sistema BrainGate interfaz neuronal. Este es un tipo de interfaz cerebro-ordenador (BCI) la intención de poner la robótica y la otra tecnología de asistencia bajo el control del cerebro.
El 12 de abril de 2011, casi quince años después de que ella quedó paralizada e incapaz de hablar, una mujer de controlar un brazo robótico pensando en mover su brazo y la mano para levantar una botella de café a la boca y tomar un trago. Ese logro es uno de los avances en interfaces cerebro-computadora neurotecnología restaurativa y la tecnología de robots de asistencia se describe en la edición del 17 de mayo de la revista Nature por la colaboración BrainGate2 de investigadores del Departamento de Asuntos de Veteranos, la Universidad de Brown, el Massachusetts General Hospital, Harvard Medical Escuela., y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR).
Una mujer de 58 años de edad, «S3», y un hombre de 66 años de edad, «T2», participaron en el estudio. Ellos habían sido paralizados por cada uno un par de años del tronco del anterior, que los dejó sin control funcional de las extremidades. En la investigación, los participantes utilizaron la actividad neuronal para controlar directamente dos brazos robóticos diferentes, uno desarrollado por el Instituto DLR de Robótica y Mecatrónica y el otro por DEKA Investigación y Desarrollo Corp., para realizar las tareas de alcanzar y agarrar en una amplia gama de tres dimensiones espacio. El BrainGate2 (www.braingate2.org) en ensayo clínico piloto emplea el sistema de investigación BrainGate inicialmente desarrollado en la Universidad Brown, en el que se implanta una aspirina para niños dispositivo del tamaño de una cuadrícula de 96 pequeños electrodos en la corteza motora, una parte del cerebro que está implicado en el movimiento voluntario. Los electrodos son lo suficientemente cerca de las neuronas individuales para registrar la actividad neuronal asociada con el movimiento deseado. Una computadora traduce el patrón externo de los impulsos a través de una población de neuronas en comandos para operar los dispositivos de asistencia, tales como el DLR y DEKA brazos robóticos utilizados en el estudio ahora publicado en Nature.
BrainGate participantes han demostrado previamente la base neural de dos dimensiones de apuntar y haga clic en el control de un cursor en una pantalla de ordenador y el control rudimentario de simples dispositivos robóticos.
El estudio representa la primera demostración y el primer programa peer-examinó el informe de las personas con tetraplejia que utilizan las señales del cerebro para controlar un brazo robótico en el espacio tridimensional para completar una tarea generalmente se realiza por su brazo. En concreto, S3 y T2 controlado los brazos para alcanzar y agarrar los objetivos de la espuma que se colocaron frente a ellos utilizando soportes flexibles. Además, el robot utiliza S3 DLR para recoger una botella de café, llevarlo a la boca, emitir una orden para que la punta, beber con una pajita, y devolver la botella a la mesa. Su BrainGate habilitado, robot de brazo de control durante la tarea potable se requiere una combinación de dos dimensiones los movimientos a través de un tablero de la mesa además de un «alcance» de comandos para captar bien y levantar o inclinar la mano robótica.
«Nuestro objetivo en esta investigación es desarrollar tecnología que permita restaurar la independencia y movilidad para las personas con pérdida de la parálisis o la integridad física», dijo el autor principal Dr. Leigh Hochberg, un neurólogo neuroingeniero y cuidados críticos que tiene citas en el Departamento de Asuntos de Veteranos, Brown Universidad, Hospital General de Massachusetts y Harvard. Él es el Patrocinador-Investigador de la prueba piloto BrainGate2 clínica. «Tenemos mucho trabajo por hacer, pero el progreso alentador de esta investigación se demuestra no sólo en los datos de su alcance-y entender, pero más aún en la sonrisa de S3, cuando ella misma se sirvió café por su propia voluntad, por primera vez en la casi 15 años. »
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Este es un video que muestra y discusión de los resultados publicados en la revista Nature de la prueba piloto BrainGate2 clínica. Crédito: Brown University/Braingate2.org
Parte de los fondos para este trabajo proviene de la Administración de Veteranos, que se ha comprometido a mejorar las vidas de los veteranos heridos. «VA tiene el honor de haber jugado un papel en este campo emocionante y prometedora de la investigación», dijo el Secretario VA Eric Shinseki. «El anuncio de hoy representa un gran paso adelante hacia la mejora de la calidad de vida para los veteranos y otros que o bien han perdido sus extremidades o están paralizadas».
Hochberg añade que, incluso después de casi 15 años, una parte del cerebro esencialmente «desconectado» de su objetivo original de un derrame cerebral tallo cerebral todavía era capaz de dirigir el movimiento complejo y multidimensional de un brazo externo – en este caso, un miembro robótico. Los investigadores también observaron que S3 fue capaz de realizar las tareas de más de cinco años después de la investigación amplia BrainGate electrodo se implantó. Esto establece un nuevo punto de referencia por cuánto tiempo implantados cerebro-computadora interfaz de electrodos se han mantenido viables y proporcionan señales útiles del comando.
John Donoghue, neurocientífico del VA y Brown, que fue pionera en BrainGate más de una década atrás y quien es co-autor principal del estudio, dijo que el documento muestra hasta qué punto el campo de las interfaces cerebro-ordenador se ha avanzado desde las primeras demostraciones de control de la computadora con el BrainGate.
«Este trabajo presenta un avance importante al rigor que demuestra en más de un participante que se precisa en tres dimensiones de control neural de los brazos del robot no es sólo posible, sino también repetible», dijo Donoghue, quien dirige el Instituto para la Ciencia Brown cerebro. «Nos hemos movido mucho más cerca de volver funciones diarias, como a ti mismo que sirve un sorbo de café, generalmente se realiza sin esfuerzo por el brazo y la mano, para las personas que son incapaces de mover sus propios miembros. También nos alienta a ver el control más útil que cinco años después del implante de la matriz de BrainGate en uno de nuestros participantes. Este trabajo es un paso crítico hacia la realización del objetivo a largo plazo de crear una neurotecnología que restaurar el movimiento, el control y la independencia a las personas con pérdida de la parálisis o la integridad física «.
En la investigación, los robots actuó como un sustituto de brazo paralizado cada participante. Los brazos robóticos respondió a la intención de los participantes a moverse como se imaginaban llegar a cada objetivo de la espuma. La mano robótica comprendido el objetivo de que los participantes imaginaron un apretón de manos. Debido a que el diámetro de los objetivos era más de la mitad de la anchura de las aberturas del robot de la mano, la tarea requerida a los participantes para ejercer un control preciso.
En 158 ensayos durante cuatro días, S3 fue capaz de tocar la meta en un tiempo asignado en el 48,8 por ciento de los casos utilizando el brazo robótico de DLR y de la mano y el 69,2 por ciento de los casos con el brazo y la mano de DEKA, que tiene el alcance más amplio. En 45 ensayos que usaron el brazo DEKA, T2 tocado el objetivo de 95,6 por ciento del tiempo. De los toques de éxito, S3 comprendido el objetivo del 43,6 por ciento de las veces con el brazo de DLR y el 66,7 por ciento del tiempo con el brazo de Deka. Comprensión T2 logró 62,2 por ciento del tiempo.
T2 a cabo la sesión en este estudio en su cuarto día de interactuar con el brazo, los últimos tres períodos de sesiones se centró en el desarrollo del sistema. Usando sus ojos para indicar cada letra, que más tarde describió su control del brazo: «Acabo de imaginar mover el brazo y la propia [DEKA] se movió el brazo donde yo quería ir.»
El estudio utilizó dos brazos robóticos avanzados: el DLR ligero Robot III con el DLR de cinco dedos, la mano y el sistema de brazo DEKA. El DLR LWR-III, que está diseñado para ayudar en la recreación de acciones como el brazo humano y de la mano y para interactuar con los usuarios humanos, podría ser útil como un dispositivo de asistencia robótica para las personas con diversas discapacidades. Patrick van der Smagt, jefe de la biónica y robótica asistencial en el DLR, el director de la robótica biomimética y laboratorios de aprendizaje automático en el DLR y la Technische Universität München, y co-autor principal del artículo, dijo: «Esto es lo que estábamos esperando con este brazo.
Queríamos crear un arma que podría ser utilizado intuitivamente mediante la variación de las formas de control. El brazo ya está en uso por numerosos laboratorios de investigación de todo el mundo que utilizan su interacción única y capacidades de seguridad. Esta es una demostración convincente de la posibilidad de utilidad del brazo por una persona con parálisis. »
DEKA Investigación y Desarrollo ha desarrollado el sistema de brazo DEKA para amputados, a través de la financiación de los Estados Unidos Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Dean Kamen, fundador de DEKA dijo: «Uno de nuestros sueños para el brazo de Luke [como el Sistema de Brazo DEKA se conoce informalmente] desde su creación ha sido la de proporcionar una rama que podría ser operado, no sólo por los sensores externos, sino también por más directamente pensado impulsada por el control. Estamos muy contentos con estos resultados y para la continuación de la investigación que está realizando el grupo de la VA, Brown y MGH. » La investigación está orientada a aprender cómo el brazo DEKA puede ser controlado directamente desde el cerebro, permitiendo potencialmente a los amputados a controlar de forma más natural esta prótesis.
En los últimos dos años, Virginia ha estado llevando a cabo un estudio de optimización del brazo DEKA prótesis en varios sitios, con la colaboración de los veteranos y miembros en servicio activo que han perdido un brazo. Los comentarios de este estudio es ayudar a los ingenieros de Deka mejorar el diseño del brazo artificial y la función. «Cerebro-computadora interfaces, como BrainGate, tienen el potencial para proporcionar un nivel sin precedentes de control funcional sobre los brazos protésicos del futuro», dijo Joel Kupersmith, MD, Jefe de Investigación VA y el Oficial de Desarrollo. «Esta innovación es un ejemplo de la colaboración federal en su máxima expresión.»
Story Landis, directora del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, que financió el trabajo, en parte, señaló: «Esta tecnología fue posible gracias a décadas de investigación y la investigación sobre cómo el cerebro controla el movimiento Ha sido emocionante ver que la tecnología evoluciona. a partir de estudios de neurofisiología básica y pasar a los ensayos clínicos, donde se muestra una promesa significativa para las personas con lesiones cerebrales y trastornos «.
dermatologia neuronal, interfaz neuronal
