Интерфейсы “мозг-компьютер” (BMI) способны считывать активность мозга и переводить её в управление электронными устройствами, такими как протезы рук или курсоры компьютеров. Эти технологии обещают помочь людям с параличом двигать протезы с помощью мыслей. Однако многие такие интерфейсы требуют инвазивных операций для имплантации электродов в мозг, что является серьёзным препятствием.
В 2021 году исследователи из Калтеха разработали новый способ считывания активности мозга с помощью функционального ультразвука (fUS), который значительно менее инвазивен. В новом исследовании учёные доказали, что технология fUS может стать основой для “онлайн” BMI — системы, которая считывает активность мозга, расшифровывает её с помощью алгоритмов машинного обучения и управляет компьютером с минимальной задержкой.
Исследование проводилось в лабораториях Калтеха под руководством профессоров Ричарда Андерсена и Михаила Шапиро в сотрудничестве с учёными из INSERM в Париже.
Функциональный ультразвук и его преимущества Ультразвуковая технология работает за счёт излучения высокочастотных звуковых волн и измерения их отражений от различных тканей организма. Чтобы использовать ультразвук для исследования мозга, в черепе требуется специальное прозрачное “окно”, что исключает необходимость имплантации устройства непосредственно в мозг, значительно снижая риск инфекций.
Изменения активности нейронов можно отслеживать через изменения кровотока в мозге, что и делает возможным использование функционального ультразвука для записи активности мозговых областей. В данном исследовании fUS использовали для измерения активности в задней теменной коре (PPC), которая отвечает за планирование движений и их выполнение.
Исследователи обучили приматов двум задачам, в которых они должны были либо планировать движение руки для управления курсором на экране, либо планировать движение глаз, чтобы взглянуть на определённую часть экрана. BMI считывал активность мозга во время планирования этих действий, без фактического выполнения движений.
Достижения и дальнейшие шаги Информация, собранная с помощью ультразвука, передавалась в реальном времени декодеру, который был заранее обучен распознавать значение этих данных с помощью машинного обучения. В результате интерфейс успешно управлял курсором на экране с высокой точностью. Значимым преимуществом fUS является то, что его не требуется калибровать ежедневно, в отличие от других BMI.
Дальнейшие планы команды включают изучение работы BMI на основе ультразвуковой технологии на людях и развитие трёхмерной визуализации для улучшения точности.