양방향 뇌-컴퓨터 인터페이스의 발전 This Brain-Computer Interface Is Now a Two-Way Street

 

이 뇌-컴퓨터 인터페이스는 이제 양방향 도로입니다. 최근 실험에서 마비된 사지에 촉각을 되돌려주는 기술이 개발됐다.

 

사지마비 환자의 두개골과 뇌의 3D 모델을 들고 있는 연구원. 이 모델은 움직임과 촉각을 돕기 위해 전략적으로 배치된 컴퓨터 칩을 특징으로 합니다.

 

의사들은 사지마비가 있는 한 남자의 두개골 모형을 사용하여 그 남자의 팔과 손에 움직임과 촉각을 제공하기 위해 다섯 개의 작은 컴퓨터 칩을 어디에 삽입해야 할지 파악했습니다. 파인스타인 연구소

This Brain-Computer Interface Is Now a Two-Way Street

https://spectrum.ieee.org/brain-computer-interface-2671662991

 

 

뇌 컴퓨터 인터페이스 비씨에스 마비 인공지능

수년 동안 연구자들은 센서가 뇌 활동을 감지하고 이 데이터를 사용하여 마비 환자에게 신체를 제어할 수 있는 방법을 탐구해 왔습니다 . 하지만 그 기술적 과제는 문제의 절반에 불과합니다. 사람들은 원하는 작업을 달성하기 위해 환경으로부터 촉각적 피드백 도 받아야 합니다 . 이 피드백이 없다면 컵으로 마시는 것과 같은 간단한 작업도 불가능할 수 있습니다.

 

채드 부통 ,뉴욕 맨해셋에 있는 Feinstein Institutes for Medical Research 의 고급 엔지니어링 부사장은 수년간 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 연구해 온 연구팀을 이끌고 있습니다 . 그들의 초기 연구 중 하나는 뇌에서 나오는 자극을 감지하는 데 집중했는데, 이 자극은 마비된 환자가 생각만 해도 팔을 움직일 수 있도록 하는 전기 자극을 구동하도록 디코딩되었습니다.

 

2015년 연구에서는 전극 배열을 포함하는 단일 칩을 사용하여 "신경 우회로"를 만든 다음 환자 뇌의 운동 피질에 이식했습니다. 이 센서가 뇌의 신경 활동을 감지했고, AI 모델이 이러한 신호가 나타내는 의도된 움직임을 해석했습니다.

 

부통의 팀은 그 후 10년 동안 큰 진전을 이루었습니다.그들의 가장 최근 프로젝트는 "이중 신경 우회"를 만드는 것입니다. 그들은 단순히 의도된 움직임의 뇌 신호를 읽는 대신, 촉각을 감지하는 뇌 부분을 자극하는 두 번째 채널을 추가했습니다. 이를 달성하기 위해 그들은 다이빙 사고로 인해 가슴 아래가 마비된 환자인 Keith Thomas의 뇌에 총 5개의 칩을 이식했습니다. 두 개의 전극 배열이 운동 피질에 이식되었습니다. 추가 전극은 시스템이 피험자의 의도된 움직임에 대해 분석할 수 있는 더 많은 데이터를 제공합니다. 이 팀은 또한 환자의 체성 감각 피질(촉각을 처리하는 뇌 부분)에 3개의 추가 칩을 이식했습니다. 총 224개의 전극이 Thomas의 뇌에 이식되었습니다.

 

연구자들은 그 다음토마스의 뇌 신호를 처리하고 손을 제어하도록 AI 모델을 훈련시켰습니다. 운동 피질의 정보는 AI에 의해 "디코딩"된 다음 환자의 목에 있는 전극 배열을 자극하여 척수를 조절하는 데 사용됩니다. 또한 손 움직임을 제어하는 ​​근육을 자극하기 위해 팔뚝에 전극 패치를 부착했습니다.

 

휠체어를 탄 한 남자가 팔과 뇌에 연결된 센서의 도움으로 컵을 들고 음료를 마시고 있다.2020년 다이빙 사고 이후 마비와 함께 살아온 키스 토마스는 스스로 컵을 들어 올리고 마신다. 파인스타인 연구소

 

뇌-컴퓨터 인터페이스의 발전

처음에 토마스는 휠체어에서 팔을 1인치 정도만 들어올릴 수 있었습니다. 목에 패치를 붙여 척수 자극을 받은 후, 그는 이제 팔의 힘이 충분히 발달하여 도움 없이 손을 들어 올리고 얼굴을 닦을 수 있습니다.

 

한편, 토마스의 손가락과 손바닥에 부착된 작은 센서는 촉각과 압력 데이터를 컴퓨터로 다시 전송하고, 컴퓨터는 체성 감각 피질의 적절한 부분을 자극하여 촉각을 느끼게 합니다. 이 피드백 덕분에 그는 손으로 "느끼고" 움직이는 동안 그 감각을 사용할 수 있게 되었습니다. 부통은 토마스가 "이제 깨지 않고 빈 달걀 껍질을 집어 올릴 수 있습니다."라고 말합니다.

 

토마스는 또한 이 작업을 수행하는 것에 대해 생각만 해도 컵을 집어 들고 마실 수 있습니다. 게다가 그는 신경 우회 시스템에 연결되어 있지 않을 때에도 팔뚝과 손목에서 촉각을 느낄 수 있습니다. 이런 일이 일어나게 한 물리적 메커니즘 이 무엇인지는 명확하지 않습니다 . 예를 들어, 신경 가소성이 신경과 뇌에 새로운 연결을 형성하는 사례일 수 있습니다.

 

Assistive Technology Blog -

부통에 따르면, "동물 실험에서 전기 자극이 신경 성장을 촉진할 수 있다는 사실이 알려졌지만, 척수 손상 부위 의 보존된 연결을 강화하는 것에 대한 것인지는 불분명합니다 . 지금은 결과가 의미 있고 기능적이고 의미 있는 결과로 이어진다는 것만 알고 있습니다."

 

이러한 유망한 결과를 바탕으로, 이중 신경 우회 시스템은 척수 손상 환자뿐만 아니라 뇌졸중 , 파킨슨병 , 외상성 뇌 손상 과 같은 다른 질환을 앓고 있는 환자를 돕는 잠재적인 치료법이 될 수 있습니다 .

 

This Brain-Computer Interface Is Now a Two-Way Street

https://spectrum.ieee.org/brain-computer-interface-2671662991

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