Georgia Tech
Mikro možganski senzorji, nameščeni med prameni las, premagujejo tradicionalne omejitve možganskih senzorjev.
Raziskovalci univerze Georgia Tech so razvili skoraj neopazen mikrostrukturni možganski senzor, ki ga je mogoče vstaviti v majhne prostore med lasnimi mešički in nekoliko pod kožo. Senzor ponuja visoko verodostojne signale in omogoča stalno uporabo možgansko-računalniških vmesnikov (BCI) v vsakdanjem življenju.
BCI ustvarjajo neposredno komunikacijsko pot med električno aktivnostjo možganov in zunanjimi napravami, kot so naprave za elektroencefalografijo, računalniki, robotske okončine in druge naprave za spremljanje možganov. Možganski signali se običajno zajemajo neinvazivno z elektrodami, nameščenimi na površino človeškega lasišča, pri čemer se za optimalno impedanco in kakovost podatkov uporablja prevodni elektrodni gel. Možne so tudi bolj invazivne metode zajemanja signalov, kot so možganski vsadki, vendar je cilj te raziskave ustvariti senzorje, ki jih je mogoče enostavno namestiti in zanesljivo izdelati.
Hong Yeo, Harris Saunders Jr. [1] , profesor na šoli George W. Woodruff School of Mechanical Engineering [2], je združil najnovejšo mikroigel tehnologijo s svojim bogatim strokovnim znanjem na področju tehnologije nosljivih senzorjev, kar lahko omogoči stabilno zaznavanje možganskih signalov v daljšem časovnem obdobju in enostavno vstavljanje novega nebolečega nosljivega brezžičnega senzorja BCI z mikroiglami, ki se namesti med lasne mešičke. Namestitev na kožo in izjemno majhna velikost tega novega brezžičnega možganskega vmesnika bi lahko ponudila številne prednosti v primerjavi s tradicionalnimi gel ali suhimi elektrodami.
„Te raziskave sem se lotil, ker je moj glavni cilj razviti novo senzorsko tehnologijo za podporo zdravstvenemu varstvu, imel pa sem že izkušnje z možgansko-računalniškimi vmesniki in prilagodljivo elektroniko lasišča,“ je povedal Yeo, ki je tudi član fakultete na Inštitutu za ljudi in tehnologijo Georgia Tech. „Vedel sem, da potrebujemo boljšo tehnologijo BCI senzorjev, in odkril sem, da lahko z miniaturizacijo senzorja, če lahko nekoliko prodremo skozi kožo in se izognemo lasem, bistveno povečamo kakovost signala, saj se približamo viru signalov in zmanjšamo neželeni šum.“
Današnji BCI sistemi so sestavljeni iz okorne elektronike in togih senzorjev, ki preprečujejo uporabnost vmesnikov, ko se uporabnik med običajnimi dejavnostmi giblje. Yeo in sodelavci so izdelali mikroskopski senzor za zajemanje nevronskih signalov, ki ga je mogoče preprosto nositi med vsakodnevnimi dejavnostmi, kar odpira nove možnosti za BCI naprave. Njegova tehnologija uporablja prevodne polimerne mikroigle za zajemanje električnih signalov in prenašanje teh signalov po prožnih poliimidnih in bakrenih žicah – vse to je spravljeno v prostor, manjši od 1 milimetra.
Študija šestih oseb, ki so napravo uporabljale za nadzor video klica v razširjeni resničnosti (AR), je pokazala, da je zajemanje živčnega signala z visoko natančnostjo trajalo do 12 ur z zelo nizko električno upornostjo na stiku med kožo in senzorjem. Udeleženci so lahko večino dnevnih ur stali, hodili in tekli, medtem ko je vmesnik možgani-računalnik s 96,4-odstotno natančnostjo uspešno snemal in razvrščal nevronske signale, ki so kazali, na katero vizualno spodbudo se je uporabnik osredotočil. Med testiranjem so lahko udeleženci iskali telefonske stike ter sprožali in sprejemali AR video klice brez uporabe rok, saj je ta novi možganski senzor mikro velikosti zajemal vizualne dražljaje – vse to je uporabniku omogočalo popolno svobodo gibanja.
Po besedah Yeoja rezultati kažejo, da lahko ta nosljivi BCI sistem omogoči praktično in neprekinjeno delovanje vmesnika, kar bi lahko privedlo do vsakodnevne uporabe integracijske tehnologije med strojem in človekom.
„Trdno verjamem v moč sodelovanja, saj so številni današnji izzivi preveč zapleteni, da bi jih lahko rešil en sam posameznik,“ je dejal Yeo. “Zato bi se rad zahvalil vsem raziskovalcem v moji skupini in izjemnim sodelavcem, ki so omogočili to delo. Z ekipo bom še naprej sodeloval pri izboljšanju BCI tehnologije za rehabilitacijo in protetiko.”
Opomba: Pri razvoju te tehnologije so imeli pomembno vlogo tudi Hodam Kim (podoktorski raziskovalec), Ju Hyeon Kim (gostujoči doktorski študent z univerze Inha v Južni Koreji) in Yoon Jae Lee (doktorski študent).
Financiranje: Nacionalna znanstvena fundacija NRT (program raziskovalnega pripravništva na področju trajnostnega razvoja pametnih medicinskih pripomočkov), center WISH (Inštitut za materijo in sisteme) ter delna raziskovalna podpora več južnokorejskih programov in štipendij.
Viri:
1: https://research.gatech.edu/people/w-hong-yeo
2: https://www.me.gatech.edu/
Povzeto po:
https://research.gatech.edu/new-wearable-brain-computer-interface
