A interface cerebral ALS permite a decodificação da fala e o controle de computador no paciente

A Universidade da Califórnia, pesquisadores de Davis, desenvolveu uma interface cerebral-computadora (BCI) que permite o controle do cursor do computador e clicar em usar sinais nervosos do córtex motor da fala. Um participante da esclerose lateral amiotrófica (ALS) usou a interface para atividades diárias da vida, incluindo um computador de mesa individual e controle independente da entrada da lição.

Doenças neurológicas como derrame ou ELA podem atrapalhar o caminho do cérebro para os músculos, causando perda de movimento e comunicação. ALS destrói progressivamente as rotas de neurônios motores superior e inferior, o conhecimento permanece, mas todos os quatro órgãos causam paralisia e é importante discurso Perda.

As interfaces de computadores de cérebro são dispositivos implantados intracorticais que ignoram qualquer interrupção lendo sinais nervosos diretamente do cérebro e produzindo saída do usuário. Muitos BCIs confiaram Atividade nervosa Com o córtex motor dorsal, uma área cerebral está associada a movimentos das mãos e das mãos. Quando os sinais são decodificados, o usuário pode mover um Cursor Tentando ou imaginar a velocidade do membro.

Por outro lado, os discursos dependem do giro precentral ventral da BCI, onde os sinais nervosos estão associados a movimentos faciais e articulação da fala. Decodificação Sinal nervoso Rapidamente a partir desta região permite a comunicação baseada na fala, mas não é mostrado para suportar a navegação normal de computador ou o controle de velocidade.

O transplante será ideal nas regiões dorsal e abdômen, mas é considerado cirurgia ou impraticável. Como resultado, usuários e médicos precisam escolher entre o controle do cursor e a decodificação da fala.

No estudo, “o córtex motor da fala permite o controle e os cliques do cursor BCI”. Publicado Em Jornal de Engenharia NeuralOs pesquisadores conduziram um estudo de caso de contestação única para testar se a atividade nervosa do córtex motor da fala poderia suportar o controle do cursor e a decodificação da fala com um único local de transplante.

Participante da ALS, um homem de 45 anos com paralisia nos quatro órgãos e dificuldade em falar claramente, participou da pesquisa. Todas as sessões foram realizadas na casa do participante.

Quatro matrizes de 64 eletrodos foram transplantadas por cirurgia no giro precentral ventral do participante. O direcionamento do eletrodo foi direcionado por ressonância magnética preparente e alinhamento cortical com o projeto Human Connectom.

Os sinais nervosos foram adquiridos à taxa de amostragem de 30 kHz filtrados entre 250 e 5.000 Hz e o passa -banda. O cálculo do cruzamento limiar e da potência da banda de pico foi calculado a partir de cada eletrodo a cada milissegundo. Esses recursos foram então classificados em um compartimento de 10 metros de segundo, que fabricou um fluxo de vetores de recursos 512-dimensionais que serviram de entrada para o sistema de decodificação.

Três padrões de trabalho foram usados ​​para avaliação Desempenho do sistema: Calibração radial8, avaliação da grade e juntos fala e cursor. Um decodificador de velocidade linear controlou o movimento do cursor, enquanto um classificador linear separado clicou no decodificação.

Os parâmetros do decodificador foram constantemente reorganizados usando a regressão linear para velocidade e Regressão logística Clique na classificação com peso atualizado a cada poucos segundos durante o controle ativo.

A calibração aconteceu rapidamente quando o participante alcançou seu primeiro objetivo usando o controle nervoso dentro de 40 segundos após o início do sistema.

Durante sessões subsequentes com configurações personalizadas, o participante usou o sistema para controlar o cursor com alta eficiência, uma média de 2,90 bits por segundo. As sessões anteriores mostraram baixo desempenho, a média de 1,67 bit por segundo. A taxa mais alta registrada em qualquer sessão foi de 3,16 bits por segundo. Um bit corresponde à capacidade de criar várias opções precisas por segundo por minuto, indicando controle rápido e mais preciso.

Mais de 1.263 testes totais, 1.175 alvos foram escolhidos corretamente, o que estava de acordo com a precisão de 93%. Oitenta e oito seleções incorretas foram realizadas e nenhum teste terminou devido ao tempo limite. Seis cliques foram registrados em metas com desativados temporariamente e havia 23 cliques fora de qualquer alcance de destino.

Clique na exibição de classificação nos quatro eletrodos. Uma matriz bem marcada contribuiu mais para a decodificação do cursor e combinou de perto o desempenho do decodificador da União Full.

Simultaneamente em sessões associadas ao controle da fala e do cursor, o tempo médio de aquisição alvo aumentou 4,51 segundos. As condições sem fala foram executadas de 3,37 a 3,51 segundos, indicando que a produção da fala interfere na capacidade do participante de controlar o cursor, mas não causou atraso nas funções seqüenciais. A melhora no projeto do decodificador pode reduzir a intervenção e aumentar os propósitos futuros.

Um site de transplante único suportou tarefas de comunicação e computação em uma configuração residencial independente, fornecendo evidências do conceito para a viabilidade do sistema BCI multimodelo.

Cognitivamente intacto para os pacientes, mas incapaz de usar ou falar seus órgãos, uma interface nervosa que fornece controle de cursor de computador e decodificação da fala, pode restaurar importantes canais de comunicação, liberdade e melhorar significativamente a qualidade de vida.

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