Gehirn-Computer-Schnittstelle ermöglicht behinderten Menschen die Steuerung von Tablet-Geräten

• Mit der neuen Gehirn-Computer-Schnittstelle können gelähmte Patienten effektiv mit kommerziellen elektronischen Geräten interagieren.
• Sie können verschiedene Anwendungen verwenden, indem sie nur daran denken, den Cursor zu bewegen und die Maustasten zu klicken.
• Sie führten in einer Minute 22 "Point-and-Click"-Auswahlen durch, während sie verschiedene Apps verwendeten.

Mobile Computergeräte sind allgegenwärtig und unverzichtbarer Bestandteil des täglichen Lebens, aber sie sind für Menschen mit Lähmungen schwer zu verwenden. In den Vereinigten Staaten leiden mehr als 5 Millionen Menschen an verschiedenen Arten von Lähmungen, die ihre Fähigkeit einschränken, alltägliche Aktivitäten auszuführen.

Bei Erkrankungen wie ALS können Patienten schließlich alle Fähigkeiten (einschließlich der Sprache) verlieren, um effektiv mit ihrer Umgebung zu kommunizieren. Bisher hat der Bereich der assistiven Technologie sehr geholfen:Er hat die funktionellen Fähigkeiten gelähmter Menschen kontinuierlich verbessert, damit sie problemlos mit Allzweckcomputern interagieren können.

Vor kurzem haben Forscher der Brown University eine Gehirn-Computer-Schnittstelle gezeigt, die es Menschen mit Behinderungen ermöglicht, ein Tablet direkt zu bedienen, indem sie nur daran denken, mit der Maus darauf zu zeigen und zu klicken. Die Forscher führten ein Experiment durch, bei dem drei gelähmte Teilnehmer online einkaufen, mit der Familie chatten und andere Tablet-Apps verwenden konnten.

Wie die BrainGate-Schnittstelle funktioniert?

Das BrainGate-Konsortium arbeitet seit Jahren daran, Neuro-Engineering und Neurowissenschaften zu verbessern, um gelähmten Menschen (die ihre motorischen Fähigkeiten aufgrund einer Verletzung oder Krankheit verloren haben) zu helfen, elektronische Geräte zu steuern, indem sie nur daran denken, ihre Hände zu bewegen.

Das Gehirn-Computer-Interface erfasst die neuronale Aktivität mit einem winzigen Sensor, der im motorischen Kortex platziert ist. Die neuronalen Signale werden dann dekodiert und an externe Geräte übertragen. Wissenschaftler verwenden seit Jahren ähnliche Techniken, um behinderten Menschen die Kontrolle über ihre Roboterarme und -glieder zu ermöglichen.

a) Schema des Aufbaus  b) Aufgabenzeitplan ab Trail-Tag 124 | Mit freundlicher Genehmigung der Forscher 

Bisher haben auf Elektroenzephalographie basierende Gehirn-Computer-Schnittstellen die Kontrolle über Rechtschreibung, Spiele, Malen und Surfen im Internet gezeigt, aber sie waren nicht in der Lage, eine allgemeine Kontrolle über ein elektronisches Gerät wie ein kommerzielles Smartphone oder Tablet bereitzustellen.

Referenz:PLOS | doi:10.1371/journal.pone.0204566 | Brown University

In diesem Experiment wurden neuronale Signale, die von der Schnittstelle extrahiert wurden, an eine Bluetooth-Schnittstelle übertragen, die als drahtlose Maus ausgelegt war. Diese virtuelle Maus wurde dann mit einem Nexus 9-Tablet verbunden und drei gelähmte Teilnehmer wurden gebeten, bestimmte Aufgaben auszuführen.

Ergebnisse

Drei Teilnehmer mit Tetraplegie hatten Multi-Elektroden-Arrays, die als Teil einer intrakortikalen Gehirn-Computer-Schnittstelle am motorischen Kortex befestigt waren, um ein Tablet-Gerät zu bedienen. Zwei von ihnen hatten ALS – eine fortschreitende Motoneuronenerkrankung, die zum Absterben von Neuronen führt, die die willkürlichen Muskeln kontrollieren. Während der dritte Teilnehmer eine Rückenmarksverletzung hatte.

Alle Teilnehmer konnten durch verschiedene Apps navigieren, darunter Musik-Streaming-, Chat-, E-Mail- und Social-Networking-Apps. Sie scrollten durch einen Nachrichten-Aggregator, durchsuchten Streaming-Dienste, suchten nach Inhalten auf YouTube und verfassten Chats und E-Mails.

Mit freundlicher Genehmigung der Forscher 

Sie führten in einer Minute 22 „Point-and-Click“-Auswahlen durch, während sie verschiedene Anwendungen verwendeten. In Text-Apps konnten sie über Textschnittstellen mit einer Geschwindigkeit von 30 Zeichen pro Minute tippen.

Obwohl in dieser Studie keine erweiterten Cursorfunktionen wie Multitouch, Gesten und Klick-und-Halten implementiert wurden, waren die Autoren erfreut zu sehen, wie schnell alle Teilnehmer die Benutzeroberfläche nutzten, um ihre Interessen und Hobbys zu erkunden.

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Die Forschung hat auch das Potenzial, neue Türen für die Kommunikation zwischen Gesundheitsdienstleistern und Patienten mit schweren neurologischen Erkrankungen zu öffnen. Dies könnte die Interaktion und das Verständnis zwischen Patienten und Pflegepersonal weiter verbessern.