Na poli tzv. brain-computer interface (BCI) už dosáhla věda řady významných úspěchů. Za všechny jmenujme aspoň projekt BrainGate, při kterém získali kompletně ochrnutí lidé možnost ovládat změnami v aktivitě mozku robotickou paži.
Aktivitu mozku daného motorického centra mozku jim monitoroval systém zhruba stovky jemných elektrod voperovaných do mozku. Tyto elektrody zaznamenávají aktivitu jednotlivých neuronů nebo jejich malých skupinek a signál snímaný tímto způsobem vykazuje poměrně málo informačního šumu.
Počítač tak má s jeho dekódováním a přeložením do povelů pro robotickou paži relativně snadnou práci. Elektrody natrvalo voperované do mozku však přinášejí celou řadu problémů. Po čase například ztrácejí s neurony „kontakt“, protože na elektrodě se usazuje povlak z vysrážených bílkovin. Kvalita snímaného signálu tak klesá. Bezvýznamná nejsou ani zdravotní rizika, např. zanesení infekce.
Zdánlivě jednoduchou alternativou představují elektrody připevněné ke kůži hlavy a snímající aktivity mozku přes lebku podobně, jako je tomu v případě vyšetření mozku na EEG. Tento signál ale nemá zdaleka takovou přesnost jako data snímaná elektrodami voperovanými do mozku a je zatížen značným informačním šumem.
Tyto nedostatky se nyní podařilo do značné míry eliminovat týmu vedenému Binem He z Carnegie Mellon University. O první robotické ruce ovládané člověkem, který nemá elektrody voperované do mozku, referovali vědci v předním vědeckém časopise Science Robotics.
Zatím jen 2D
Nový systém dovoluje ovládat robotickou paži v reálném čase, tedy bez zpoždění vyvolaného náročným zpracováním dat snímaných elektrodami. Předchozí systémy trpěly trhavými pohyby robotické paže, protože zpracování dat neustále „dohánělo“ mozek, který byl permanentně o krůček napřed. Zatím dokáže nový systém řídit robotickou paži jen v dvourozměrném prostoru. Trojrozměrný provoz je na něj ještě příliš složitý.
K ovládání robotické paže v trojrozměrném prostoru je i v rámci projektu BrainGate nutný poměrně dlouhý a intenzivní trénink. V jednom případě byl pacient s to zvládat poměrně jednoduché úkoly po tréninku třikrát v týdnu po čtyřech hodinách a to po dobu tří let.
I pak dosahoval úspěšnosti řešení úloh asi na 70 %. Pro kompletně ochrnutého člověka znamená i takový výsledek významné zvýšení kvality života a dřina podstoupená při tréninku mu za to rozhodně stojí.
Nový systém z Carnegie Mellon University byl zatím testován na 68 zdravých dobrovolnících. Každý z nich absolvoval deset sezení, na kterých testoval systém řízení robotické paže v dvou rozměrech.
Ve srovnání se staršími systémy řízení robotické paže s využitím elektrod připnutých ke kůži hlavy, se zlepšilo zvládání úloh o 60 % a schopnost kontinuálního pohybu bez „trhání“ narostla na pětinásobek. Nyní čekají systém první klinické testy, kterých už se zúčastní ochrnutí pacienti.
Technologie nejen pro lidi se zdravotními problémy
Do budoucna počítají autoři studie s tím, že tzv. neinvazivní BCI, tedy systémy, které nepoužívají elektrody voperované do mozku, budou využívány i zdravými lidmi k ovládání nejrůznějších zařízení.
„Navzdory všem technickým komplikacím provázejícím využití neinvazivně snímaných signálů, jsme rozhodnuti přinést tuto bezpečnou a ekonomicky přijatelnější technologii lidem, kterým může ulehčit život.
Tato studie představuje významný pokrok na poli neinvazivních brain-compurter interface, tedy technologie, která se může v budoucnu masově rozšířit, pomáhat lidem s ovládáním nejrůznějších zařízení a bude pak stejně běžná, jako jsou dneska chytré telefony,“ předestírá své vize Bin He.
Pramen: Science Robotics
