Surfplattor och andra mobila datorer är en del av vardagen, men att använda dem kan vara svårt för personer med förlamning. Ny forskning från BrainGate-konsortiet visar att ett hjärna-datorgränssnitt (BCI) kan göra det möjligt för personer med förlamning att direkt använda en surfplatta direkt genom att tänka på att göra markörrörelser och klick.

I en studie publicerad 21 november i PLOS ONE , tre deltagare i kliniska prövningar med tetraplegi, var och en använde den undersökande BrainGate BCI som registrerar neural aktivitet direkt från en liten sensor placerad i motorbarken, kunde navigera genom vanliga surfplatta -program, inklusive e -post, chatt, musikstreaming och videodelningsappar. Deltagarna meddelade med familjen, vänner, medlemmar i forskargruppen och deras andra deltagare. De surfar på webben, kollade vädret och handlade online. En deltagare, en musiker, spelade en bit av Beethovens "Ode to Joy" på ett digitalt pianogränssnitt.

"I åratal, BrainGate-samarbetet har arbetat med att utveckla neurovetenskap och neuroengineeringskunskap för att göra det möjligt för människor som har förlorat motoriska förmågor att styra externa enheter bara genom att tänka på rörelsen av sin egen arm eller hand, "sa Dr Jaimie Henderson, en senior författare av tidningen och en neurokirurg vid Stanford University. "I den här studien, Vi har utnyttjat detta kunnande för att återställa människors förmåga att styra exakt samma vardagsteknik som de använde innan deras sjukdomar började. Det var underbart att se deltagarna uttrycka sig eller bara hitta en låt de vill höra. "

Utrednings BrainGate BCI inkluderar ett implantat i babystorlek som detekterar de signaler som är associerade med avsedda rörelser som produceras i hjärnans motoriska cortex. Dessa signaler avkodas sedan och dirigeras till externa enheter. BrainGate -forskare och andra grupper som använder liknande teknik har visat att enheten kan göra det möjligt för människor att röra robotarmar eller återfå kontrollen över sina egna lemmar, trots att jag har tappat motoriska förmågor av sjukdom eller skada. Denna studie från samarbetet inkluderar forskare, ingenjörer och läkare från Brown University's Carney Institute for Brain Science, Providence Veterans Affairs Medical Center (PVAMC), Massachusetts General Hospital (MGH) och Stanford University.

Två av deltagarna i denna senaste studie hade svaghet eller förlust av rörelse i sina armar och ben på grund av amyotrofisk lateral skleros (ALS), en progressiv sjukdom som påverkar nerverna i hjärnan och ryggraden som styr rörelse. Den tredje deltagaren blev förlamad på grund av en ryggmärgsskada. Alla var inskrivna i en klinisk prövning som syftade till att bedöma säkerheten och genomförbarheten av det undersökta BrainGate -systemet.

För denna studie, neurala signaler från BrainGate BCI dirigerades till ett Bluetooth -gränssnitt som konfigurerats för att fungera som en trådlös mus. Den virtuella musen kopplades sedan till en omodifierad Google Nexus 9 -surfplatta. Deltagarna ombads sedan att utföra en uppsättning uppgifter för att se hur bra de kunde navigera inom en mängd vanliga appar, och gå från app till app. Deltagarna sökte igenom musikval på en streamingtjänst, sökte efter videor på YouTube, rullade genom en nyhetsaggregat och komponerade mejl och chattar.

Studien visade att deltagarna kunde göra upp till 22 pek-och-klicka-val per minut medan de använde en mängd olika appar. I textappar, deltagarna kunde skriva upp till 30 effektiva tecken per minut med hjälp av vanliga e -post- och textgränssnitt.

Deltagarna rapporterade att de fann gränssnittet intuitivt och roligt att använda, studien noterade. En sa, "Det kändes mer naturligt än de gånger jag kommer ihåg att använda en mus." En annan rapporterade att han hade "mer kontroll över detta än vad jag normalt använder."

Forskarna var glada över att se hur snabbt deltagarna använde surfplattans gränssnitt för att utforska sina hobbyer och intressen.

"Det var fantastiskt att se våra deltagare ta sig igenom de uppgifter vi bad dem att utföra, men den mest glädjande och roliga delen av studien var när de bara gjorde vad de ville göra - med de appar som de gillade för att shoppa, titta på videor eller bara chatta med vänner, "sade huvudförfattaren Dr Paul Nuyujukian, en bioingenjör på Stanford. "En av deltagarna berättade för oss i början av rättegången att en av de saker hon verkligen ville göra var att spela musik igen. Så att se henne spela på ett digitalt tangentbord var fantastiskt."

Det faktum att surfplattorna var helt oförändrade och hade förinstallerad tillgänglighetsprogramvara avstängd var en viktig del av studien, sa forskarna.

"Den hjälpmedel som finns tillgänglig idag, medan de är viktiga och användbara, är alla i sig begränsade när det gäller antingen den hastighet de använder, eller gränssnittets flexibilitet, "sa Krishna Shenoy, en senior författare till tidningen och en elektrotekniker och neurovetenskapare vid Stanford University och Howard Hughes Medical Institute. "Det beror till stor del på de begränsade insignaler som är tillgängliga. Med rikedom av ingången från BCI, vi kunde bara köpa två tabletter på Amazon, slå på Bluetooth och deltagarna kan använda dem med vårt undersökande BrainGate -system direkt ur lådan. "

Forskarna säger att studien också har potential att öppna viktiga nya kommunikationslinjer mellan patienter med allvarliga neurologiska underskott och deras vårdgivare.

"This has great potential for restoring reliable, rapid and rich communication for somebody with locked-in syndrome who is unable to speak, " said Jose Albites Sanabria, who performed this research as a graduate student in biomedical engineering at Brown University. "That not only could provide increased interaction with their family and friends, but can provide a conduit for more thoroughly describing ongoing health issues with caregivers."

As a neuroscientist and practicing critical care neurologist, senior author Dr. Leigh Hochberg of Brown University, Massachusetts General Hospital and the Providence VA Medical Center sees tremendous potential for the restorative capabilities of BCIs exemplified in this study.

"When I see somebody in the neuro-intensive care unit who has had an acute stroke and has lost the ability to move or communicate, I'd like to be able to say, 'I'm very sorry this has happened, but we can restore your ability to use the technologies you were using before this happened, and you'll be able to use them again tomorrow, '" Hochberg said. "And we are getting closer to being able to tell someone who has been diagnosed with ALS, 'even while we continue to seek out a cure, you will never lose the ability to communicate.' This work is a step toward those goals."