Brain Power: Gedankenkontrolle von Fremdgeräten


Ein Person bewegt Maus-Cursor auf einem Computerbildschirm ist eine unbedeutende Leistung.
Heck, kann sogar eine Affe es tun.

Aber wenn die Person ein Tetraplegiker Steuerung des Cursors mit nichts aber
Gehirnwellen, jetzt das wäre interessant. Und es ist getan worden.

Brain-Computer interface-Systeme, zwar noch in der Entwicklung und experimentelle
Stufen, werden immer leistungsfähiger und anwendbar. Fortschritte
machen Sie in der neuronalen Signalisierung Forschung ihn zu einem der heißesten Felder im biomedizinischen
Technik.

Besser Sensorsysteme

Anfang dieses Jahres, ausgebildete Forscher tatsächlich vier Menschen mit Epilepsie
einen Computer-Cursor mit der Kraft der Gedanken zu bewegen. Die Patienten wurden
darauf warten, Gehirnchirurgie haben, wurden bereits mit kleinen Blättern Signal-Erkennung ausgestattet.
Elektroden auf den Oberflächen ihres Gehirns.

Die Patienten wurden gebeten, bestimmte Aufgaben - wie öffnen und schließen
Ihre Hände und ihre Zunge - herausragen, während Wissenschaftler, was festgestellt
Signale des Gehirns waren verbunden mit diesen Bewegungen.


Antike
Verhaltensweisen, die im menschlichen Gehirn fest verdrahtet


Ihre
Gehirn arbeitet wie das Internet


Nur
Mit einem Teil Ihres Gehirns? Denken Sie noch einmal


Der Affe
Gehirn läuft Roboterarm

Als nächstes die Signale von diesen Bewegungen mit Bewegungen des abgestimmt wurden die
Cursor auf dem Bildschirm. Zum Beispiel der Gedanke der Öffnung der rechten hand
kann den Cursor nach rechts zu verschieben. Die Probanden wurden dann gebeten, bewegen die
Cursor von einem Ort zum anderen auf dem Bildschirm durch den Gedanken an die Bewegungen zu machen.

Die Patienten hatten ein paar Probleme auf den ersten, aber jeder war in der Lage, Steuerung der
Cursor mit ihren Gedanken und mit mehr als 70 Prozent Genauigkeit nach ein paar Minuten.
Ein Patient war bei 100-prozentiger Genauigkeit durch das Ende des Prozesses tätig.

"Alle unsere Themen waren in der Lage zu kontrollieren, was den Computer Cursor mit vorgestellt
Darstellungen von Motorbewegungen,", sagte Daniel Moran der Washington University.

Diese Studie war die erste zu beweisen, dass auf der Oberfläche der Sensoren platziert die
Gehirn sind vorzuziehen, den Standardformen der Sensoren - entweder eingebettet tief
im Hirngewebe oder als eine Kappe getragen. Sie sind weniger aufdringlich als ein eingebettetes
Vielfalt und potentiell stabiler und leistungsfähiger als die Kappe, die erhält
schwaches Gehirnsignale, die durch den Schädel bestanden haben.

Die BrainGate

Nur eine Handvoll von klinischen Studien sind Tetraplegiker als Teilnehmer. Eine
an der Brown University und Cyberkinetics Neurotechnologie Systems, Inc. arbeitet
eine System namens BrainGate zu entwickeln.

In dieser einen Patienten pilot-Studie, ist ein Sensor auf der Oberfläche des implantiert der
primären motorischen Kortex, der Bereich des Gehirns verantwortlich für Bewegung. Die
Sensor, kleiner als ein Penny hat haarfeinen Elektrode-Sonden, die eindringen
etwa ein Millimeter in das Gehirn und sind entworfen, um elektrische Impulse abholen
von Motoneuronen.

Etwa zweimal pro Woche führt die Teilnehmer Cursor bewegen Aufgaben mit seinen Gedanken
Nachweis des Prinzips der Technologie zu demonstrieren und zu bewerten sollen
die Qualität, Art und Nützlichkeit der neuronalen Output-Regler, die Patienten können
zu erreichen.

BrainGate bietet mehrere Vorteile gegenüber anderen Systemen, sagen seine Schöpfer.

"Erstens BrainGate stellt eine Schnittstelle mit einem Computer, der sofort funktioniert,
ohne Wochen oder Monaten der Ausbildung,"John Donoghue, Direktor von Brown
Gehirn-Science-Programm und Mitbegründer der Cyberkinetics Neurotechnologie Systeme
Inc., sagte LiveScience. "Zweitens kann ein Benutzer das Gerät bedienen
ohne großen Konzentration.

Cursor-Steuerung "etwa so natürlich wie mit einer eigenen Arm", sagte Donoghue.
Der Patient kann, z. B. ein Gespräch beim Bewegen des Cursors führen.

"Und drittens, weil BrainGate direkt zum Teil verbindet die
Gehirn Sie, dass Steuerelemente Bewegungen und Gesten hand, normalerweise deutlich bietet
mehr nutzen als Geräte, die auf "Ersatz" für den Arm des Gehirns
Bewegung-Signal, wie Augenbewegungen. Verwendung von Augenbewegungen, z. B. zu
Steuerung eines Computers verhindert, dass man von der Suche an anderer Stelle während des Gebrauchs--etwas
"das ist sehr unnatürlich und umständlich."

Donoghues Studie und die Follow-ups soll eine sichere, effektive entwickeln,
und unauffällig Universalsystem für körperlich behinderte Menschen zu steuern ein
breite Palette von Geräten wie Computern und Rollstühle, mit ihren Gedanken.

"Umzug eines Rollstuhls mit BrainGate sprengt den Rahmen dieser Studie"
genannten Donoghue. "Obwohl unsere erste Studie Teilnehmer seine Gedanken verwendet hat
Steuern Sie einen Fernseher und eine Roboter-Hand und Arm zu bewegen. "

Monkey See, Monkey

Da es schwierig, Regierung Berechtigung zum klinischen Studie am Menschen ausführen können
Diese Art wurde der Großteil der Forschung für Gehirn-Maschine-Schnittstellen
mit Affen gemacht.

Im Jahr 2003 lehrte Forscher an der Duke University Rhesus-Affen, bewusst
Steuern Sie die Bewegung eines Echtzeit-Roboterarms mit nur aus einem Video-feedback
Bildschirm und ihre Gedanken. Die Affen erschien den Roboterarm als bedienbar
Wenn es ihre eigenen Gliedmaßen waren.

Ein Team unter der Leitung von Miguel Nicolelis Neurobiologe implantiert eine kleine Palette von Gehirn-Signal-Erkennung
Mikroelektroden in der Affe Gehirn. Sie trainiert den Affen mit einem joystick
Das zog einen Cursor auf einem Bildschirm und, wenn der Affe diese Aufgabe gemeistert hatte,
die Roboter-Gliedmaßen wurde die Feedback-Schleife hinzugefügt. Nach ein paar Tagen, der Affe
die Verbindung zwischen den Cursor bewegen und bewegen den Arm realisiert.

Sobald die Verbindung hergestellt wurde, entfernt die Forscher den Joystick.
Der Affe langsam herausgefunden, dass es immer noch den Cursor bewegen konnte und Roboter
Arm durch seinen eigenen Arm bewegen. Nach ein paar Tagen ohne den Joystick, der Affe
erkannte, dass es den Roboterarm bewegen konnte, ohne seine eigene Bewegung.

Es hatte ein Neuroprosthetic Glied gemeistert.

"Der Affe Armmuskeln ging völlig ruhig, sie hielt den Arm an
Ihrer Seite und sie unter Kontrolle den Roboterarm nur ihr Gehirn und visuelles Feedback "
Nicolelis sagte. "Unsere Analysen die Signale des Gehirns zeigten, dass das Tier
den Roboterarm in ihrem Gehirn zu assimilieren, als wäre es ihr eigenes Arm gelernt."

Die Gehirn-Schaltung hatte sich um einen externen integrieren aktiv neu organisiert
Gerät.

"Tatsächlich, sehen wir dies jeden Tag, wenn wir jedem Werkzeug, vom Bleistift benutzen
ein Auto,"sagte Nicolelis. "Wenn wir lernen, das Tool zu verwenden, beziehen wir
die Eigenschaften dieses Tools in unserem Gehirn, macht uns kompetent im Umgang mit
"es."

Andrew Schwartz, Neurobiologe an der University of Pittsburgh School of Medicine, hat die Fortschritte an der Duke University auf einer anderen Ebene getroffen. Schwartz hat Affen ernähren Fruchtstücke mit nur ihre Gehirnwellen und einem Roboterarm ausgebildet.

Anders als das Experiment an der Duke University, wo der Roboterarm in unmittelbarer Nähe zu den Affen nicht, hat Schwartz Verhalten der Affe Arm und platziert die Roboter-Gliedmaßen möglichst nahe an den Affen wie möglich.

Der Roboterarm bewegt sich wie ein normaler Arm - es hat voll bewegliche Schulter und Ellbogen-Gelenke. Die "Hand" ist eine einfache Greifer, mit dem der Affe seine Nahrung greifen kann.

"Die Roboter-Gliedmaßen nimmt die gewünschte Handposition als Eingabe und on-Board-Hardware, die die Torque-Motoren um das Glied in die gewünschte Position der dekodierten verschieben steuert, erklärt Moran. "Das ist wirklich nicht anders als das Senden einer gewünschten Cursorposition an einen Computer."

Schwartz hat vor kurzem die Computer-Algorithmen verbessert, die es einfacher für die Affen lernen, den Roboterarm zu betreiben wird. Die Verbesserungen helfen auch Schwartz und seinem Team, die Entwicklung von Gehirn-Geräten mit glatter, reaktionsschneller und präzise Bewegungen.

Blick in die Zukunft

Kommerzielle Anwendung von Gehirn-Computer-Interface-Systeme ist noch Jahre entfernt, und Entwickler haben die Messlatte hoch.

Moran, Bewegung für den Körper, sagen seine zurückkehren wollen "allgemeine Forschung soll kortikalen Signale über eine Pause in einem Rückenmark übertragen." Er möchte auch die Entwicklung von besseren Neuroprosthetic Gliedmaßen zu sehen.

Donoghue hat ähnliche Ziele für den kurzfristigen Einsatz der BrainGate. Neben der Entwicklung von kleineren, drahtloses Gerät für den Patienten zu tragen, zeigt er, dass menschliche Gehirnwellen verwendet werden könnten, um Neuroprosthetic Gliedmaßen zu steuern.

"Das ultimative Ziel der neuromotorischen Prothese physikalischer Systeme - smart-Sensoren und implantierbare Elektronik - verwenden, um ein erhebliches Maß an Funktion gelähmten Gliedmaßen wiederherstellen", sagte Donoghue. Eine neuronale sensing-System mit angemessene Verarbeitung von Signalen konnte potenziell Muskeln durch implantierte Stimulatoren fahren."

"[Für die] langfristig, wir wollen ein System entwickeln, das ermöglicht Menschen mit Lähmungen, ihre Glieder in einer Weise zu bewegen, nützliche Bewegungen durchführen und unabhängige Leben führen zu können. Und wir wollen eine neue Klasse von Neurotechnologien zu entwickeln, die diagnose und Behandlung von Krankheiten und Wiederherstellung der verlorene Funktionen beim Menschen, kann"sagte Donoghue. "Das sind ehrgeizige Ziele, aber wir glauben, dass sie realisierbar sind."

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