tecnologia que está sendo desenvolvido na Universidade de Maryland permite aos usuários transformar seus pensamentos em movimento. Professor associado de 'Pepe' Cinesiologia José L. Contreras-Vidal e sua equipe criaram um não-invasivo, cap sensor alinhado com software de interface neural que em breve poderia ser usado para controlar computadores, membros robóticos protéticos, cadeiras de rodas motorizadas e avatares mesmo digitais .
"Estamos no caminho certo para desenvolver, testar e disponibilizar ao público dentro dos próximos anos - um seguro, confiável interface do computador, não invasivo do cérebro que pode trazer mudança de vida de tecnologia para milhões de pessoas cuja capacidade de mover foi diminuída devido a uma lesão paralisia, acidente vascular cerebral ou doença ou outros ", disse Contreras-Vidal, da Escola da Universidade de Saúde Pública.
A progressão potencial e rápida da tecnologia UMD cap cérebro pode ser visto em uma série de acontecimentos recentes, incluindo um estudo recém-publicado no Journal of Neurophysiology , novas concessões do National Science Foundation (NSF) e National Institutes of Health, e um crescente lista de parceiros que inclui a Universidade de Maryland School of Medicine, o Veterans Affairs Maryland Sistema de Saúde, a Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, da Universidade Rice, eo Departamento Integrado Walter Reed Army Medical Center de Ortopedia e Reabilitação.
"Estamos fazendo algo que poucos se pensava anteriormente era possível", disse Contreras-Vidal, que também é professor da filial em Maryland Fischell do Departamento de Bioengenharia e Neurociência da universidade e cognitivo Programa de Ciência. "Nós utilizamos [eletroencefalografia] EEG para não-invasiva ler as ondas cerebrais e traduzi-los em comandos de movimento para computadores e outros dispositivos.
Avaliado por pares
Contreras-Vidal e sua equipe publicou três documentos importantes sobre a sua tecnologia nos últimos 18 meses, o mais recente estudo acaba de lançar no Journal of Neurophysiology em que utilizado com sucesso sinais cerebrais EEG para reconstruir o complexo 3-D movimentos do tornozelo , joelho e quadril durante a caminhada juntas esteira humana. Em dois estudos anteriores que mostraram (1) resultados similares para 3-D o movimento das mãos e (2) que os indivíduos vestindo o boné do cérebro poderia controlar um cursor de computador com seus pensamentos.
Alessandro Presacco, um estudante do segundo ano de doutorado em Engenharia Neural Contreras-Vidal e Próteses inteligentes Lab, Contreras-Vidal e co-autores escrevem que seus Journal of Neurophysiology estudo indicou que "os sinais de EEG pode ser usado para estudar a dinâmica cortical de caminhar e para desenvolver interfaces cérebro-máquina que visa restaurar a função marcha humana. "
Há outros cérebro tecnologias de interface de computador em desenvolvimento, mas Contreras-Vidal observa que estas tecnologias concorrentes ou são muito invasivas, exigindo eletrodos a serem implantados diretamente no cérebro, ou, se não invasiva, requer treinamento muito mais a utilização que o UMD do EEG- base, a tecnologia cap cérebro.
Parceria para ajudar os sofredores de Lesão and Stroke
Contreras-Vidal e sua equipe estão a colaborar num quadro de projectos de rápido crescimento, com pesquisadores de outras instituições para desenvolver o pensamento controlado próteses robóticas que podem ajudar as vítimas de lesões e acidente vascular cerebral. Sua mais recente parceria é apoiada por um novo 1,2 milhões dólares a concessão do NSF. De acordo com esta concessão, a equipe de Contreras-Vidal de Maryland está embarcando em um projeto de quatro anos com pesquisadores da Universidade Rice, da Universidade de Michigan e da Universidade de Drexel para projetar um braço protético que amputados pode controlar diretamente com seus cérebros, e que permitirá aos usuários sentir o que os seus toques braço robótico.
"Não há nada de ficção sobre isso", disse Rice University co-investigador principal Marcia O'Malley, professor associado de engenharia mecânica. "Os investigadores sobre esta concessão já demonstraram que grande parte desta é possível que resta é trazer tudo isso -. Neural não-invasivo de decodificação, controle direto e cérebro [toque] feedback sensorial -. Juntos em um dispositivo"
Em um NIH-apoiou o projeto em andamento, Contreras-Vidal e seus colegas estão emparelhamento sua tecnologia cap cérebro EEG-based com um DARPA-financiada do braço próxima geração robótico criado por pesquisadores da Johns Hopkins Applied Physics Laboratory para funcionar como um membro normal. Ea equipe de UMD está desenvolvendo uma nova colaboração com a Nova Zelândia de arranque Rexbionics, o desenvolvedor de um exoesqueleto de membro inferior-powered chamado Rex, que poderia ser usado para restaurar a marcha após lesão medular.
Duas das primeiras parcerias formadas por Contreras-Vidal e sua equipe estão com a Universidade de Maryland School of Medicine, em Baltimore eo Veterans Affairs Medical Center, em Baltimore. Um foco particular desta pesquisa é o uso da tecnologia cap cérebro para ajudar vítimas de derrame cujo cérebro lesões afetam seu controle sensório-motoras. Originalmente financiado por uma doação de sementes da Universidade de Maryland, College Park e da Universidade de Maryland, Baltimore, o trabalho agora também é apoiado por uma VA mérito de subvenção (anklebot IMC) e uma subvenção de NIH (AVC).
"Há um grande empurrão na ciência do cérebro para entender o que o exercício faz em termos de aprendizagem motora ou motor reciclagem do cérebro humano", diz Larry Forrester, professor associado de terapia física e reabilitação da ciência da Universidade de Maryland School of Medicine.
Para o ano mais do que um, Forrester e da equipe UMD têm rastreado a atividade neural de pessoas em uma esteira a fazer tarefas específicas como pisar sobre as linhas pontilhadas. Os pesquisadores estão combinando a atividade cerebral específica gravada em tempo real com exatos movimentos de membros inferiores.
Estes dados podem ajudar vítimas de derrame de várias maneiras, diz a Forrester. Um deles é um dispositivo protético, chamado de "anklebot", ou robô tornozelo, que armazena dados de uma marcha humana normal e ajuda as pessoas parcialmente paralisado. Pessoas que são menos móveis comumente sofrem de outros problemas de saúde tais como problemas de obesidade, diabetes ou cardiovasculares, diz a Forrester, "por isso queremos chegar [AVC] e movendo-se por todos os meios possíveis."
O segundo uso dos dados EEG em vítimas de derrames é mais complexo, mas oferece possibilidades emocionantes. "Ao decodificar o movimento de uma marcha normal," Contreras-Vidal diz, "nós podemos então tentar ensinar vítimas de derrame a pensar de determinadas maneiras e combinar seus próprios sinais de EEG com os sinais normais." Isto poderia "treinar" áreas saudáveis do cérebro em que é conhecido como neuroplasticidade.
Um método potencial para a reciclagem vem de um dos mais recentes membros da equipe de pesquisa Maryland, Steve Graff, um estudante de bioengenharia do primeiro ano de doutorado. Ele prevê um jogo de realidade virtual que coincide com dados reais EEG com personagens na tela. "Isso nos dá uma maneira de treinar alguém para pensar os pensamentos direito de gerar movimento de avatares digital. Se eles podem fazer isso, então eles podem gerar pensamentos para mover um dispositivo", diz Graff, que traz uma perspectiva única e pessoal para o trabalho . Ele tem distrofia muscular congênita e usa uma cadeira de rodas motorizada. Os avanços que ele está trabalhando poderia permitir que ele use as duas mãos - para colocar em uma jaqueta, disque o seu telefone celular ou jogar uma bola de futebol durante a operação cadeira com sua mente.
Cirurgia não Obrigatório
Durante as duas últimas décadas uma grande quantidade de progressos no estudo do cérebro direto para interfaces de computador, a maioria através de estudos utilizando macacos com eletrodos implantados em seus cérebros. No entanto, para uso em humanos tal abordagem invasiva traz muitos problemas, não menos do que é que a maioria das pessoas não "querem buracos nas suas cabeças e fios ligados aos seus cérebros. "Monitorização EEG do cérebro, que tem uma história longa e segura para outras aplicações, tem sido largamente ignorado por aqueles que trabalham em interfaces cérebro-máquina, porque se pensava que o crânio humano bloqueou também muitas das informações detalhadas sobre a atividade cerebral necessária para ler os pensamentos sobre o movimento e transformar essas leituras em comandos de movimento para multi-funcional grau elevado de próteses liberdade ", disse Contreras-Vidal. Ele está entre os poucos que têm utilizado EEG, MEG ou outras tecnologias de sensoriamento para desenvolver não-invasivo interfaces neurais, eo único a ter demonstrado decodificação resultados comparáveis aos obtidos por pesquisadores usando eletrodos implantados.
Um papel Contreras-Vidal e colegas publicado no Journal of Neuroscience março 2010 mostrou a viabilidade da tecnologia de Maryland EEG baseadas inferir movimento natural multidimensional a partir de medições não-invasivas da atividade cerebral. Em seus dois últimos estudos, Contreras-Vidal e sua equipe mais avançada no desenvolvimento de sua tecnologia EEG cérebro interface, e desde novos e fortes indícios de que pode produzir resultados cérebro interface de computador tão bom quanto ou melhor do que os de estudos invasivos, além de exigindo o mínimo de treinamento para usar
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