Интерфейс мозг компьютер. Нейроинтерфейсы

12.06.23. Парализованный человек научился снова ходить с помощью нейроинтерфейса



Нейробиологи и нейрохирурги из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии и Университета Гренобль-Альпы во Франции с помощью нейроинтерфейса восстановили способность ходить у человека, парализованного после травмы позвоночника. Устройство преобразует мысли в двигательные сигналы. В черепе пациента с двух сторон над областями мозга, участвующими в контроле движений, были вырезаны круглые отверстия диаметром около 5 см. В них вставили два дискообразных имплантата, которые улавливают и передают по беспроводной связи мозговые сигналы на два датчика, прикрепленных к шлему. Исследователи разработали алгоритм, который переводит эти сигналы в инструкции по движению мышц ног и ступней с помощью второго имплантата, соединенного со спинным мозгом. Исследователям удалось соединить этот имплант с нервными окончаниям, связанным с ходьбой.


2022. Стартап Synchron установил свой нейроинтерфейс первому пациенту


Австралийский стартап Synchron стал первой компанией, которой американский регулятор FDA разрешил провести клинические испытания имплантируемого интерфейса мозг-компьютер. В отличии от традиционных BCI-имплантов (например Neurolink), которые предполагают сверление черепа и установку электродов в кору мозга, Synchron использует кровеносные сосуды (начиная с яремной), чтобы добраться до мозга и разместить там стэнты и сеть сенсоров, которые могут регистрировать электрическую активность нейронов мозга. Сигналы с сенсоров выводятся на подкожный радиопередатчик и затем (через внешний приемник - на компьютер). Недавно врачи из Нью-Йорка установили имплант Synchron, первому пациенту, страдающему от бокового амиотрофического склероза. Теперь он может управлять мышкой и набирать текст на компьютере.

2021. Ученые вернули парализованному человеку способность «произносить» слова


До сих пор мозговые импланты позволяли парализованным людям только печатать на экране букву за буквой. Ученые из университета Сан-Франциско создалинейроимплант на основе машинного обучения, который позволяет считывать с мозга целые слова. Они уже установили такой имплант 30-летнему пациенту, который был парализован после инсульта. Он представляет собой массив из 128 электродов и устанавливается в зону коры, которая управляет мускулами языковой системы — гортани и языка. Для обучения системы пациент повторял слова из словаря, состоящего из 50 слов. В течение 48 сеансов исследователи записали 22 часа активности коры головного мозга. И сейчас пациент способен напечатать 18 слов в минуту.


2021. Нейроимплант позволяет парализованному человеку набирать текст, воображая написание букв


Группа ученых из Стэнфордского института установила в мозг парализованного человека имплант, который позволяет ему набирать на экране компьютера текст, представляя письменное написание букв. Всего в двигательную кору было внедрено около 200 электродов. Не все они оказались полезными, но хватило и тех, которые оказались в нужном месте, что позволило ученым фиксировать электрическую активность нужной области мозга. Для расшифровки электрической активности используется нейросеть, и ее точность достигает 94%. Ранее эти же ученые создали систему ввода текста для парализованных, основанную на перемещении курсора по клавиатуре на экране (силой мысли). Однако, они говорят, что новый способ - в 2 раза быстрее, и вообще, что благодаря ему установлен мировой рекорд скорости ввода текста посредством интерфейса мозг-компьютер.


2021. IpsiHand - управляемый мозгом экзопротез руки для реабилитации после инсульта



Компания Neurolutions получила первое в истории одобрение FDA на гаджет с интерфейсом компьютер-мозг. Это IpsiHand - управляемый мозгом экзопротез руки для реабилитации после инсульта. Он позволяет возобновить контролируемые движения руки. Для этого человек надевает на голову ЭЭГ-считыватель, который регистрирует паттерны мозговой активности, соответствующие определенным движениям. Когда паттерн определен, экзопротез руки помогает человеку совершить желаемое движение. Гаджет прошел клинические испытания и за 3 месяца показал эффективность в восстановлении движений у всех участников.


2021. Нейроинтерфейс для парализованных может считывать мысли с помощью ульразвука



Чтобы вернуть парализованному человеку возможность движения, можно засунуть ему в мозг электроды. Но это целое дело, даже если использовать технологию Илона Маска. В Калифорнийском технологическом институте разработали гораздо менее инвазивный интерфейс мозг-компьютер для считывания мозговой активности. Он использует технологию функциональной ультразвуковой визуализации (fUS), которая регистрирует крошечные изменения мозгового кровотока вплоть до 100 микрометров. Таким образом, можно судить об активности отдельных групп нейронов в моторной коре. Затем, при помощи машинного обучения, система распознает паттерны активности, соответствующие отдельным движениям. Пока ученые испытывают систему на обезьянах и все еще используют маленькое отверстие в черепе для установки УЗ-датчика. Но говорят, их цель создать полностью неинвазивную шапочку для человека.


2020. ARM создает мозговой имплант для парализованных людей



Оказывается, британский гигант цифровой электроники ARM (который разрабатывает чипы для всех смартфонов), активно занимается и медицинским направлением. В частности, совместно с Университетом штата Вашингтон, ARM разрабатывает мозговой имплант, который будет вживляться людям с повреждениями головного или спинного мозга. Он призван дать парализованным людям возможность не только полноценно двигать конечностями, но получать от них информацию. Так, чип позволит вновь чувствовать поверхность предметов и их температуру. Чип будет обмениваться данными со стимулятором, подключенным к спинному мозгу


2020. Создан полимерный проводник для 3D-печати интерфейсов мозг-компьютер



Сейчас для реализации нейро-компьютерных интерфейсов в мозг вставляют металлические электроды. У них есть 2 недостатка. Во-первых, они слишком твердые и повреждают нейроны. Во-вторых, очень сложно сформировать матрицу таких электродов, т.к. 3D-притеры - не печатают металлом. Исследователи из MIT создали биосовместимый полимер, который проводит электрический ток и может быть впечатан 3D-принтером в любую структуру, твердую или мягкую, плоскую или объемную. Кроме того, этот полимер может соединяться и с металлическими проводниками - на первый взгляд - идеальное решение для интерфейса мозг-компьютер.


2019. Созданы электроды для мозга, которые не вызывают отторжение



Одна из проблем с интерфейсами мозг-компьютер (который помогают парализованным людям, и людям с бионическими протезами) в том, что электроды, вживленные в мозг постепенно привлекают внимание иммунных клеток, и те организуют вокруг воспалительную реакцию. Специалисты из Гарварда под руководством Майка Волсона, разработали микроэлектроды, которые по своим внешним свойствам (плотности, размеру) напоминают нейроны и их отростки - аксоны, и говорят, что иммунные клетки на них не реагируют. Более того, интересно, что эти нейроноподобные электроды в ходе эксперимента привлекали к себе клетки-предшественники нейронов, что потенциально может помочь в регенерации отделов мозга, поврежденных различными заболеваниями.


2019. Synchron создает эндоваскулярный нейроимплант


На первый взгляд, для того, чтобы реализовать интерфейс мозг-компьютер (например, для парализованного человека) - необходимо сверлить дырку в черепе. А это - инвазивная и необратимая операция. Австралийский стартап Synchron придумал вставлять нейроимплант в мозг через крупную (базилярную) артерию. Имплант представляет собой эндоваскулярный стент, который закрепляется на стенках сосуда и содержит датчики, которые улавливают электромагнитную активность мозга во многих точках. Сигналы поступают в приемопередатчик, имплантированный в области груди, потом на компьютер, где расшифровываются с помощью ИИ. Девайс уже имплантировали первому пациенту, но пока неизвестно, насколько успешно.


2019. Оптические нанодатчики позволят считывать сигналы с нейронов



На сегодняшний день, чтобы считывать сигналы с нейросети мозга используют электроды. Наибольшего успеха в этом деле достиг стартап Neurolink Илона Маска, который научился вставлять в мозг микроэлектроды с высокой плотностью с помощью робота, напоминающего швейную машинку. Однако, электроды не способны отследить активность каждого нейрона и даже не способны работать на частоте нейронов. Исследователи из калифорнийского университета в Санта-Крузе - Ахсан Хабиб и Али Яник - изобрели биосовместимые нанодатчики, такие маленькие, что способны детектировать активацию отдельного нейрона. В них используется электрохромный полимер, испускающий свет под действием электрического поля. За счет использования света для передачи сигналов датчик может работать на частоте нейрона. В каждом датчике есть электро-оптическая антенна для улавливания сигнала. Ученые говорят, что в перспективе можно вводить нанодатчики в мозг при помощи раствора.


2019. Видео: парализованный человек ходит с помощью экзоскелета и нейроинтерфейса


Группе исследователей и врачей из Франции удалось научить полностью парализованного ниже шеи человека мысленно управлять движениями экзоскелета. Ему в мозг имплантировали два датчика поверх областей, ответственных за движения. Двигательные сигналы из мозга обрабатываются в режиме реального времени с помощью адаптивного алгоритма, который декодирует направление желаемого движения. Перед использованием экзоскелета 28-летний француз по имени Тибо в течении 2 лет тренировался двигать руками и ногами в виртуальной реальности. В результате, Тибо смог пройти более 100 метров и выполнить простые движения руками. Тибо признал, что «не сможет завтра пойти домой в своем экзоскелете». Однако, сделав первые шаги в костюме, он почувствовал себя как «первый человек на Луне».


2019. Неинвазивный нейроинтерфейс позволяет снова ходить парализованным людям


При тяжелых травмах позвоночника и заболеваниях спинного мозга восстановить способность ходить может только очень сложная и опасная нейрохирургия. Мы также рассказывали о новых имплантах, позволяющих проводить сигналы в обход поврежденного участка спинного мозга. Однако, их установка - тоже сложна и опасна. Исследователи из Walk Again Project придумали более простой способ вернуть мобильность парализованным людям - с помощью расшифровки сигналов обычной ЭЭГ-шапочки, которая используется для диагностики мозга. На видео пациент представляет себе, что делает шаг ногой, шапочка фиксирует определенный паттерн активности мозга и передает сигнал на (опять же неинвазивные) внешние электростимуляторы, которые сокращают нужные мышцы, и нога делает шаг.


2018. Видео: Умное инвалидное кресло управляется мимикой лица


При некоторых болезнях и травмах позвоночника, единственным движением, подконтрольным человеку, остается мимика лица. При этом, очень важно, чтобы у больного была возможность хоть как-то управлять своим окружением (ради психического здоровья). Мы уже рассказывали о компьютерах, позволяющих управлять курсором с помощью голоса или движения глаз. А теперь, появилась возможность и перемещаться в пространстве. Бразильский стартап Hoobox Robotics оборудовал инвалидное кресло 3D-камерой Intel RealSense, и научил его распознавать мимику лица для управления. Например, воздушный поцелуй - движение вперед, улыбка - остановиться.


2015. Видео: парализованный человек управляет робо-рукой и пьет пиво


Ученые из Калифорнийского технологического института иплантировали парализованному мужчине в мозг чип, который позволяет ему управлять роботизированной рукой при помощи силы мысли. Причем, управлять настолько точно, что даже можно выпить пива, не облившись. В отличие от других подобных решений, ученые задействовали заднюю теменную кору, а не секции мозга, которые отвечают за сокращение мышц. Она получает соматосенсорную, зрительную, вестибулярную и слуховую информацию от первичных сенсорных областей, т.е. отвечает не за движение, а за намерение двигаться. При этом человеку нет необходимости представлять само действие, а всего лишь подумать, что он хочет сделать. Именно это, суда по всему, открыло возможность достичь большей плавности по сравнению с аналогичными решениями.


2015. Видео: парализованный человек печатает текст движением глаз


Самое плохое в знаменитой болезни БАС (ALS) - это даже не то, что человек постепенно становится парализованным, а то, что со временем он теряет способность даже говорить. А ведь общение - это базовая человеческая потребность. Мы уже рассказывали о системе Sesame, которая позволяет больным БАС управлять компьютером с помощью голоса и движений головы. Но что делать, когда уже нет ни голоса, ни возможности двигать головой? Данное видео рассказывает о впечатляющем проекте по созданию системы, позволяющей больному набирать текст на компьютере при помощи движения глаз. Казалось бы, такая простая возможность, но она в разы улучшила уровень жизни и эмоционального состояния человека.


2015. Samsung продемонстрировал гаджет для диагностики инсульта



Samsung не только стремится сделать из своих смартфонов персональные центры управления здоровьем, но и собирается выпускать различные медицинские примочки для них. На днях они продемонстрировали свой ЭЭГ-обруч для диагностики мозга, который в реальном времени снимает электроэнцефалограмму и передает ее на смартфон. Приложение на смартфоне может обрабатывать эти данные и сообщать об обнаруженных проблемах. В частности, эта система может использоваться для  измерения уровней стресса, анализа сна и других параметров здоровья мозга, а также для обнаружения признаков инсульта. Разработчики уверяют, что сенсоры их прибора способны принимать сигнал ***


2014. Sesame позволяет парализованным людям пользоваться смартфоном


Сезам откройся! - помните, это была первая технология управления голосом. Вот в честь нее и назвали новый смартфон для парализованных людей. Sesame предназначен для тех, кто не может двигать руками (например, пациентов со знаменитой болезнью ALS). Фактически, это смартфон Google Nexus 5 с предустановленным программным обеспечением, которое позволяет управлять девайсом при помощи голоса и движений головы (голова нужна для управления курсором-мышкой и нажатий на экран). Таким образом можно совершать звонки, пользоваться интернетом, играть в игры и даже вводить текст с помощью виртуальной клавиатуры - т.е. вести практически полноценную жизнь (с учетом того, что сегодня и здоровые люди постоянно сидят в компьютере или смартфоне).


2014. Muse - фитнес-гаджет для мозга, который устраняет стресс


Стресс (или даже просто беспокойное состояние) являются причиной или катализатором возникновения многих болезней. Стресс вызывает напряжение внутренних органов, заставляет организм тратить энергию. Поэтому периодически просто необходимо расслабляться. И в этом поможет гаджет Muse. Он представляет собой обруч, который одевается на голову, и содержит 7 датчиков, которые фиксируют электромагнитные сигналы мозга. Обруч подсоединяется к смартфону или планшету, на котором установлено приложение Muse. Вы включаете приложение и слышите ветер. Причем этот ветер зависит от напряжения вашего мозга: если вы напряжены - вы услышите бурю. По мере того, как вы расслабляетесь буря стихает и вы слышите ласковый морской бриз. Стоит такая штучка $300.


2014. Видео: парализованный человек управляет компьютером силой мозга


Мы уже рассказывали о гаджете Emotiv Insight, который позволяет считывать мысли человека по электромагнитной активности мозга. Этот гаджет создан маленьким американским стартапом, но сейчас за него взялись большие парни - Philips и Accenture. Вместе они разработали пилотную систему для больных боковым амиотрофическим склерозом (БАС) и другими нейродегенеративными ***


2014. Видео: новая технология позволяет парализованному человеку управлять рукой


Американская организация Battelle тестирует технологию для восстановления контроля над парализованными частями тела. Их подопытный - Ян - четыре года назад сломал шею, в результате почти все его тело оказалось парализованным. Однако, на видео - он вновь двигает правой рукой. Технология Battelle заключается в имплантации специального чипа (размер чипа ***


2013. Emotiv Insight - гаджет для использования силы мозга


На сегодняшний день считается, что процесс мышления в головном мозге - это совокупность биоэлектрических сигналов, бегающих туда-сюда. Медики уже научились ловить эти сигналы на поверхности скальпа с помощью метода электроэнцефалографии (он применяется для диагностики некоторых заболеваний). Для этого пациенту на голову одевают шапочку с десятками электродов, соединенную десятками проводов с каким-то аппаратом. Американский стартап Emotiv Lifesciences разработал гаджет Emotiv Insight, который позволит использовать эту технологию не только в больницах, но и где угодно, и не только для диагностики болезней и мониторинга состояния мозга, но и для управления окружающими предметами силой мозга. Например, парализованные люди смогут управлять своей коляской и компьютером (подобно как с шлемом Brainable). ***


2013. BrainAble позволит парализованным людям управлять окружением силой мозга


Если вы думаете, что ребята из нашей предыдущей новости (о Scanadu) - это фантасты, то посмотрите на испанский проект BrainAble. Этот стартап получил 3 млн евро от Еврокомиссии на разработку шлема, способного улавливать мозговые импульсы и управлять окружающими вещами по команде мозга. Эта штука нужна для парализованных или частично парализованных людей, которые самостоятельно не могут выполнять обычные вещи. Например, BrainAble позволит включать/выключать свет, переключать каналы на телевизоре, управлять компьютером и даже печатать (по буквам) сообщения в социальных сетях. Более того, BrainAble планирует создать свой виртуальный мир (аля Second Life), в котором парализованный человек сможет создать себя (виртуальный аватар), общаться с друзьями и чем-то заниматься, управляя своим аватаром при помощи шлема. Конечно, пока то, что показано на видео еще не работает, но на днях стартап уже продемонстрировал рабочий прототип шлема, который позволяет выбирать опции в графическом меню силой мозга.


2009. Синтезатор речи для парализованных людей подключили прямо к мозгу



Некоторые болезни нервной системы и головного мозга (например, БАС) лишают человека возможности не только двигаться, но и говорить. Для помощи таким пациентам разрабатываются технологии считывания сигналов мозга. Правда, до сих пор эти попытки были направлены на простейшее управление курсором на экране (вверх, вниз, влево, вправо). А вот американский стартап Neural Signals решил пойти значительно дальше и попробовать подключить к мозгу синтезатор речи. Для этого они имплантировали в мозг добровольца приемопередатчик, электроды которого подсоединены к определенным точкам в коре мозга. Синтезатор срабатывает за 50 миллисекунд, а это время, за которое у здорового ***