ویلچرهای کنترل شده توسط ذهن تردد افراد فلج را تسهیل می‌کنند

با تبدیل افکار کاربران به دستورات مکانیکی، یک ویلچر کنترل شده با ذهن می تواند به فرد فلج کمک کند تا به حرکت درآید.

به گزارش تکناک، در مطالعه‌ای که 18 نوامبر 2022 در مجله ساینس منتشر شد، محققان نشان می‌دهند که کاربران فلج می‌توانند پس از تمرین طولانی‌مدت با ویلچرهای کنترل‌شده با ذهن در یک محیط طبیعی و بهم ریخته این ویلچرها را هدایت کنند.

خوزه دل آر میلان، نویسنده مسئول این مطالعه از دانشگاه تگزاس در آستین، می‌گوید: ما نشان دادیم که یادگیری متقابل کاربر و الگوریتم رابط مغز و ماشین، هر دو به کارکرد موفق این صندلی های چرخدار برای بیماران با چنین صندلی‌های چرخداری کمک می کند. تحقیق ما مسیر بالقوه انتقال فناوری غیرتهاجمی رابطه مغز و ماشین را به یک تجربه بالینی هموار کرده است.

میلان و همکارانش سه فرد فلج را برای مطالعه انتخاب کردند. هر یک از شرکت کنندگان سه بار در هفته به مدت 2 تا 5 ماه تحت جلسات آموزشی قرار گرفتند. شرکت کنندگان کلاهی بر سر داشتند که فعالیت های مغز آنها را از طریق نوار مغزی (EEG) تشخیص می داد، و این سیگنال ها از طریق یک دستگاه رابط مغز و ماشین به دستورات مکانیکی برای صندلی های چرخدار تبدیل می شدند. از شرکت کنندگان خواسته شد با فکر کردن به حرکت دادن اعضای بدن خود، جهت ویلچر را کنترل کنند. به طور خاص، آنها باید به حرکت دادن هر دو دست برای گردش به چپ و حرکت دادن هر دو پا برای گردش به راست فکر می کردند.

در اولین جلسه آموزشی، در سه شرکت‌کننده زمانی که پاسخ‌های دستگاه با افکار کاربران حدود 43 تا 55 درصد همسو بود، سطوح دقت مشابهی وجود داشت. در طول دوره آموزشی، تیم دستگاه رابط مغز و ماشین ، بهبود قابل توجهی در دقت شرکت‌کننده شماره 1 مشاهده کرد که در پایان آموزش به دقت بیش از 95 درصد رسید. این تیم همچنین در مورد شرکت کننده شماره 3 قبل از آنکه گروه  دستگاه او را با یک الگوریتم جدید به روز کند، افزایش دقت را در تا 98 درصد در نیمه تمرین مشاهده کرد.

بهبود مشاهده شده در شرکت کنندگان شماره های 1 و 3 با بهبود بخش تشخیص الگوریتم(بخشی که برای تشخیص الگوی فعالیت مغز که حرکت به چپ و حرکت به راست را کدگذاری و متمایز میکند) مرتبط است. این تیم دریافتند که ویژگی های تشخیص بهتر نه تنها نتیجه یادگیری ماشینی دستگاه است، بلکه یادگیری در مغز شرکت کنندگان نیز منجر به یادگیری بهتر میشود. نوار های مغزی شرکت کنندگان شماره های  1 و 3 تغییرات واضحی را در الگوهای امواج مغزی نشان داد زیرا آنها دقت را در دستگاه هایی که با ذهن کنترل میشود، بهبود بخشیدند.

میلان می‌گوید: از نتایج نوار مغزی می‌بینیم که مهارت تنظیم کردن بخش های مختلف مغز برای ایجاد الگوی حرکت به چپ و الگویی دیگر برای حرکت به راست بسیار بهتر شده است. ما معتقدیم سازماندهی مجدد قشر مغز در نتیجه فرآیند یادگیری شرکت کنندگان اتفاق افتاده است.

در مقایسه با شرکت کنندگان شماره 1 و 3، شرکت کننده شماره 2 هیچ تغییر قابل توجهی در الگوهای فعالیت مغز در طول آموزش نداشت. دقت او در چند جلسه اول فقط اندکی افزایش یافت که در بقیه دوره تمرین ثابت ماند. میلان می گوید، این نشان می دهد که یادگیری ماشین به تنهایی برای مانور موفقیت آمیز چنین دستگاه کنترل شده توسط ذهن کافی نیست.

در پایان آموزش، از همه شرکت کنندگان خواسته شد ویلچر خود را در یک اتاق بهم ریخته بیمارستان برانند. آن‌ها مجبور بودند موانعی مانند جداکننده اتاق و تخت‌های بیمارستانی را که برای شبیه‌سازی محیط دنیای واقعی تنظیم شده‌اند، دور بزنند. هر دو شرکت کننده 1 و 3 کار را به پایان رساندند در حالی که شرکت کننده 2 نتوانست آن را کامل کند.

میلان می‌گوید: به نظر می‌رسد برای کسی که کنترل حد واسط مغز و ماشین را به خوبی به دست آورده میتواند فعالیت‌های روزانه نسبتاً پیچیده‌ای مانند رانندگی با ویلچر در یک محیط طبیعی انجام دهد. این امر نیاز به سازماندهی مجدد نوروپلاستیک در قشر مغز ما دارد.

این مطالعه همچنین بر نقش آموزش طولانی مدت در کاربران تاکید کرد. میلان می گوید، اگرچه شرکت کننده شماره 1 در پایان عملکرد استثنایی داشت، اما در چند جلسه تمرینی اول با مشکل مواجه بود. مطالعه طولی یکی از اولین مطالعاتی است که انتقال فناوری غیرتهاجمی رابطه مغز و ماشین را به تجربه بالینی در افراد فلج ارزیابی کرد.

گام بعدی این مطالعه، این است که تیم می‌خواهد بفهمد چرا شرکت‌کننده شماره 2 اثر یادگیری را تجربه نکرده است. آنها امیدوارند که تجزیه و تحلیل دقیق‌تری از سیگنال‌های مغزی همه شرکت‌کنندگان انجام دهند تا تفاوت‌ها و تداخلات احتمالی آن‌ها را برای افرادی که در آینده درگیر فرآیند یادگیری هستند، درک کنند.