Dekodér mozkové vlny pomáhá kontrolovat stimulaci míchy

Když člověk utrpí poškození míchy, přerušena je normální komunikace mezi mozkem a míchy pod poraněním, což vede k ochrnutí. Protože mozek funguje normálně, stejně jako mícha pod zraněním, vědci se snaží obnovit komunikaci, aby umožnili rehabilitaci a potenciálně obnovili pohyb.

Ismael Seáñez, odborný asistent biomedicínského inženýrství na McKelvey School of Engineering na Washington University v St. Louis a neurochirurgii ve Washu Medicine, a členové jeho laboratoře, včetně Carolyn Atkinson, doktorského studenta, vyvinuli typ dekodéru, aby tuto komunikaci obnovil. Prostřednictvím experimentů v jejich laboratoři se 17 lidské subjekty bez poranění míchy byli schopni narážet hnutí V dolní noze s stimulací transkutánní míchy nebo neinvazivní vnější elektrické pulzy.

Výsledky výzkumu objevit se v Journal of Neuroengineering and Rehabilitation.

Tým použil speciální čepice vybavenou neinvazivními elektrodami, které měří mozkovou aktivitu prostřednictvím elektroencefalografie (EEG). Zatímco nosili čepici, sedící dobrovolníci byli požádáni, aby prodloužili nohu na koleni, pak jen přemýšleli o prodloužení jejich nohy – zatímco ji udržovali v klidu – tak vědci mohli zaznamenat mozkové vlny v obou cvičeních.

Tým poskytl Neurální aktivita do dekodéru nebo algoritmu, aby se mohlo naučit, jak mozkové vlny působí za obou okolností. Zjistili, že skutečný pohyb a představovaný pohyb používal podobné nervové strategie.

„Poté, co dáme dekodér tato data, se učí předpovídat na základě nervové aktivity, kdykoli dojde k pohybu nebo žádný pohyb,“ řekl Seáñez. „Ukazujeme, že můžeme předvídat, kdykoli někdo přemýšlí o pohybu nohy, i když se jejich noha ve skutečnosti nepohybuje.“

Tým použil ovládací prvky, aby zajistil, že dobrovolníci si skutečně představují hnutí a ve skutečnosti se nepohybují.

„Kdykoli se lidé pohybují, může to zavést šum signálu a my se chceme ujistit, že hluk signálu není to, co se učíme předvídat,“ řekl Seáñez. „Je to záměr pohybu nebo aktivita mozku že chceme předvídat, takže máme lidi, aby si představovali, že rozšiřují nohu, a používají stejný algoritmus, který byl vyškolen na lidi, kteří se pohybují, aby předpovídali, zda si představovali nebo ne. “

Seáñez řekl, že to odhaluje dvě věci: „Jeden, že je pravděpodobnější, že dekódováním záměru pohybu a ne artefaktem nebo hlukem; a za druhé, kdykoli to zaměstnáme na lidech s poraněním míchy, kteří pro nás nebude mít schopnost pohnout nohama, abychom označili data, mohli bychom použít jejich představivost, aby se pohybovali nohou, aby se pohybovali nohou.“

Seáñez uvedl, že studie důkazu konceptu je prvním krokem k vývoji neinvazivního rozhraní mozku-páteře, které používá předpovědi v reálném čase k poskytování transkutánní stimulace míchy k posílení dobrovolného pohybu v jednom kloubu v rehabilitaci u pacientů s a mícha zranění.

Do budoucna tým plánuje otestovat obecný dekodér vyškolený na data od všech účastníků, kteří by mohli určit, zda by univerzální dekodér mohl hrát stejně jako personalizovaný a zjednodušit jeho použití v klinickém prostředí.