Pesquisadores criaram um dispositivo que pode ler e decifrar sinais cerebrais, permitindo que amputados controlem o braço usando apenas seus pensamentos.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Minnesota tornou possível a leitura da mente através do uso de eletrônicos e IA.
Pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities criaram um sistema que permite que amputados operem um braço robótico usando seus impulsos cerebrais em vez de seus músculos. Esta nova tecnologia é mais precisa e menos intrusiva do que os métodos anteriores.
A maioria dos membros protéticos comerciais agora no mercado são controlados pelos ombros ou peito usando um sistema de fio e arnês. Modelos mais sofisticados empregam sensores para detectar pequenos movimentos musculares no membro natural do paciente acima da prótese. Ambas as opções, no entanto, podem ser difíceis para os amputados aprenderem a usar e às vezes são inúteis.
O professor associado do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Minnesota, Zhi Yang, aperta a mão do participante da pesquisa Cameron Slavens, que testou o sistema de braço robótico dos pesquisadores. Com a ajuda de colaboradores da indústria, os pesquisadores desenvolveram uma maneira de acessar os sinais cerebrais de um paciente por meio de um chip neural implantado no braço, lendo efetivamente a mente do paciente e abrindo a porta para alternativas menos invasivas às cirurgias cerebrais. Crédito: Laboratório de Neuroeletrônica, Universidade de Minnesota
O Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Minnesota, com a ajuda de colaboradores industriais, desenvolveu um pequeno dispositivo implantável que se conecta ao nervo periférico no braço de uma pessoa. A tecnologia, quando acoplada a um braço robótico e um computador de inteligência artificial, pode detectar e decifrar impulsos cerebrais, permitindo que amputados de membros superiores movam o braço apenas com seus pensamentos.
O artigo mais recente dos pesquisadores foi publicado no Revista de Engenharia Neuraluma revista científica revisada por pares para o campo interdisciplinar da engenharia neural.
A tecnologia da equipe liderada pela Universidade de Minnesota permite que o pesquisador Cameron Slavens mova um braço robótico usando apenas seus pensamentos. Crédito: Eve Daniels
“É muito mais intuitivo do que qualquer sistema comercial disponível”, disse Jules Anh Tuan Nguyen, pesquisador de pós-doutorado e Ph.D em engenharia biomédica da Universidade de Minnesota Twin Cities. diplomado. “Com outros sistemas protéticos comerciais, quando os amputados querem mover um dedo, eles não pensam em mover um dedo. Eles estão tentando ativar os músculos do braço, já que é isso que o sistema lê. Por isso, esses sistemas exigem muito aprendizado e prática. Para nossa tecnologia, porque interpretamos o sinal nervoso diretamente, ela conhece a intenção do paciente. Se eles querem mover um dedo, tudo o que precisam fazer é pensar em mover esse dedo.”
Nguyen vem trabalhando nesta pesquisa há cerca de 10 anos com o Professor Associado do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Minnesota, Zhi Yang, e foi um dos principais desenvolvedores da tecnologia de chip neural.
Quando combinado com um computador de inteligência artificial e o braço robótico acima, o chip neural dos pesquisadores da Universidade de Minnesota pode ler e interpretar sinais cerebrais, permitindo que amputados de membros superiores controlem o braço usando apenas seus pensamentos. Crédito: Laboratório de Neuroeletrônica, Universidade de Minnesota
O projeto começou em 2012, quando Edward Keefer, neurocientista da indústria e CEO da Nerves, Incorporated, abordou Yang sobre a criação de um implante de nervo que poderia beneficiar amputados. A dupla recebeu financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa do governo dos EUA ([{” attribute=””>DARPA) and have since conducted several successful clinical trials with real amputees.
The researchers also worked with the University of Minnesota Technology Commercialization office to form a startup called Fasikl—a play on the word “fascicle” which refers to a bundle of nerve fibers—to commercialize the technology.
“The fact that we can impact real people and one day improve the lives of human patients is really important,” Nguyen said. “It’s fun getting to develop new technologies, but if you’re just doing experiments in a lab, it doesn’t directly impact anyone. That’s why we want to be at the University of Minnesota, involving ourselves in clinical trials. For the past three or four years, I’ve had the privilege of working with several human patients. I can get really emotional when I can help them move their finger or help them do something that they didn’t think was possible before.”
A big part of what makes the system work so well compared to similar technologies is the incorporation of artificial intelligence, which uses machine learning to help interpret the signals from the nerve.
“Artificial intelligence has the tremendous capability to help explain a lot of relationships,” Yang said. “This technology allows us to record human data, nerve data, accurately. With that kind of nerve data, the AI system can fill in the gaps and determine what’s going on. That’s a really big thing, to be able to combine this new chip technology with AI. It can help answer a lot of questions we couldn’t answer before.”
The technology has benefits not only for amputees but for other patients as well who suffer from neurological disorders and chronic pain. Yang sees a future where invasive brain surgeries will no longer be needed and brain signals can be accessed through the peripheral nerve instead.
Plus, the implantable chip has applications that go beyond medicine.
Right now, the system requires wires that come through the skin to connect to the exterior AI interface and robotic arm. But, if the chip could connect remotely to any computer, it would give humans the ability to control their personal devices—a car or phone, for example—with their minds.
“Some of these things are actually happening. A lot of research is moving from what’s in the so-called ‘fantasy’ category into the scientific category,” Yang said. “This technology was designed for amputees for sure, but if you talk about its true potential, this could be applicable to all of us.”
In addition to Nguyen, Yang, and Keefer, other collaborators on this project include Associate Professor Catherine Qi Zhao and researcher Ming Jiang from the University of Minnesota Department of Computer Science and Engineering; Professor Jonathan Cheng from the University of Texas Southwestern Medical Center; and all group members of Yang’s Neuroelectronics Lab in the University of Minnesota’s Department of Biomedical Engineering.
Reference: “A portable, self-contained neuroprosthetic hand with deep learning-based finger control” by Anh Tuan Nguyen, Markus W Drealan, Diu Khue Luu, Ming Jiang, Jian Xu, Jonathan Cheng, Qi Zhao, Edward W Keefer and Zhi Yang, 11 October 2021, Journal of Neural Engineering.
DOI: 10.1088/1741-2552/ac2a8d
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