Rice și Baylor colaborează cu BrainGate pentru interfețe creier-computer destinate persoanelor paralizate
Atunci când o persoană își pierde un membru, o proteză poate ajuta adesea la restabilirea unei mobilități semnificative. Însă, în cazul în care mișcarea sau comunicarea este afectată de o afecțiune neurologică, cum ar fi scleroza laterală amiotrofică (ALS), leziunea măduvei spinării sau accidentul vascular cerebral, opțiunile disponibile sunt în prezent extrem de limitate.
Pentru a aborda această provocare, Universitatea Rice, în colaborare cu Colegiul de Medicină Baylor (BCM), se alătură BrainGate, un consorțiu de universități și centre medicale academice dedicate dezvoltării tehnologiilor de interfață creier-computer (BCI). Aceste interfețe sunt sisteme care leagă creierul de un sistem extern, precum un braț robotic sau un computer, permițând individului să controleze dispozitivele prin simpla gândire a acțiunii, restabilind astfel comunicarea, mobilitatea și independența. BCM și Rice vor fi a șasea echipă din consorțiu și prima echipă din Texas.
În ultimele două decenii, cercetătorii din cadrul BrainGate au fost în fruntea dezvoltării BCI implantabile, demonstrând că semnalele neuronale asociate intenției de a mișca un membru sau de a vorbi pot fi „decodificate” în timp real de către un computer și utilizate pentru a opera dispozitive externe.
Colaboratorii de la Rice și BCM își extind eforturile cu un accent pe decodificarea semnalelor neuronale corticale pentru a controla dispozitivele asistive robotice, ajutând persoanele cu tetraplegie să mănânce și să bea independent. Nishal Shah conduce o echipă responsabilă de crearea infrastructurii computaționale care decodifică mișcările intenționate din activitatea neurală și conduce sistemul robotic.
„Principala mea direcție de cercetare este construcția interfețelor creier-computer intracorticale, un domeniu în expansiune rapidă, cu scopul de a ajuta persoanele paralizate care depind de parteneri de îngrijire să-și restabilească independența în comunicare și activitățile zilnice,” a declarat Shah, care este și membru al Institutului Ken Kennedy de la Rice și al Inițiativei de Neuroinginerie Rice. „A putea să se hrănească singur este un lucru firesc pentru oamenii fără dizabilități, dar necesită o serie de acțiuni motorii complexe și coordonate pentru a obține o performanță fluidă și naturală.”
Dr. Sameer Sheth conduce echipa clinică care recrutează participanți, efectuează intervenția chirurgicală pentru a plasa aranjamentele electrice specializate pe suprafața creierului și oferă supraveghere și îngrijire clinică participanților. „Este un pas important pentru Baylor și Rice să se alăture BrainGate și să își ofere expertiza în cadrul acestui consorțiu,” a spus Sheth. „Dezvoltarea unui implant capabil să controleze un braț robotic are potențialul de a transforma viețile persoanelor care trăiesc cu paralizie, restabilind nu doar mișcarea, ci și independența și speranța.”
Un element crucial în progresul acestui domeniu este dezvoltarea de algoritmi computaționali mai buni și mai rapizi pentru a traduce activitatea cerebrală extrem de complexă în informații utile pentru a controla un braț robotic sau a conduce un dispozitiv de vorbire în modul dorit de individ. „Sunt foarte încântat să colaborez cu Dr. Nishal Shah, expert în știința calculatoarelor și robotică. Această colaborare reunește punctele forte computaționale și inginerești de la Rice cu expertiza clinică și de neuroștiință de la Baylor.”
Behnaam Aazhang, profesor J.S. Abercrombie de la Rice, director al Institutului Rice pentru Creier și co-director al Inițiativei de Neuroinginerie Rice, a declarat că Rice NEI „este încântat să se alăture colegilor de la BCM în cercetarea BrainGate.”
„BrainGate este un consorțiu de cercetare incredibil care conduce trialuri clinice axate pe tehnologiile BCI,” a adăugat Aazhang. „Această desemnare reprezintă un pas important pentru noul Institut Rice pentru Creier, care reunește o gamă largă de expertiză interdisciplinară în inginerie, neuroștiință, știința cognitivă, etică și politică, sub o misiune comună de a îmbunătăți sănătatea creierului.”
Sheth a adăugat că acest trial clinic actual este doar începutul. „Pentru persoanele cu tulburări de sănătate mintală, ce schimbări au loc în creier care limitează capacitatea de a trăi independent, atât fizic, cât și emoțional?” a întrebat Sheth. „Un obiectiv pe termen lung este să înțelegem cum putem folosi cunoștințele dobândite din BCI-urile care restabilesc mișcarea pentru a conecta aceeași tehnologie cu procesele cognitive, motivaționale și emoționale pentru persoanele care suferă de depresie și alte tulburări neuropsihiatrice.”
„Suntem entuziasmați să învățăm cum aceste semnale puternice din creier pot fi înțelese în legătură cu starea de spirit, memoria și cogniția, și cum domeniul nostru poate valorifica aceste semnale pentru a dezvolta tehnologii pentru persoanele cu diverse tulburări de sănătate mintală,” a spus Nicole Provenza.
Această imagine de ansamblu subliniază cum acest prim grup de participanți la trialurile clinice pavează calea pentru viitoarele descoperiri. „Perfecționarea unui braț robotic controlat neural pentru independență este primul pas,” a spus Shah. „Cei care vor lua parte la acest trial sunt ca niște piloți de test pentru o aeronavă complet nouă. Eforturile lor vor ajuta la avansarea tehnologiei, științei și ingineriei. Ei deschid porți și joacă un rol important în acest nou domeniu al neuroprotezării.”
De-a lungul anilor, BrainGate a realizat progrese imense în dezvoltarea BCI. Descoperirile recente din cadrul consorțiului includ facilitarea comunicării pentru persoanele cu paralizie prin transformarea activității corticale asociate cu încercarea de a vorbi în text pe un ecran de computer și chiar în discurs care sună ca utilizatorul înainte de apariția paraliziei.
„Sunt încântat să primesc echipa incredibilă și expertă de la Baylor și Rice în consorțiul BrainGate,” a declarat Dr. Leigh Hochberg.
Alte locații din consorțiul BrainGate includ Spitalul General Massachusetts, Sistemul de Sănătate VA Providence, Universitatea din California, Davis, Universitatea Stanford și Universitatea Emory.
Participanții trebuie să fie:
- peste 18 ani
- cu paralizie la brațe și picioare sau cu dificultăți de vorbire.
- cu un diagnostic medical precum leziune a măduvei spinării, accident vascular cerebral la nivelul trunchiului cerebral, ALS sau alte afecțiuni degenerative ale neuronilor motori.
