Un impianto cerebrale decifra i movimenti delle dita in un paziente paralizzato, consentendo di giocare ai videogiochi

Un’interfaccia cervello-computer impiantata chirurgicamente consente il controllo preciso delle dita in un paziente paralizzato, aprendo la strada ad attività sociali e ricreative come i videogiochi

In uno studio pubblicato su Medicina della naturai ricercatori hanno recentemente progettato un’interfaccia cervello-computer che può essere impiantata nel cervello per rilevare e decodificare continuamente i movimenti delle dita nelle persone con paralisi, consentendo loro di giocare ai videogiochi.

Contesto

Gravi disturbi motori o paralisi sono spesso associati a una moltitudine di disabilità che possono compromettere il benessere fisico e mentale degli individui. Negli Stati Uniti, più di cinque milioni di persone vivono con la paralisi.

Un recente sondaggio condotto negli Stati Uniti indica che circa il 79%, 50% e 63% delle persone con paralisi da lesione del midollo spinale hanno bisogni insoddisfatti di sostegno tra pari, tempo libero e sport.

Le persone con disturbi motori lievi o moderati, in grado di gestire un controller per videogiochi, spesso utilizzano i videogiochi per creare connessioni sociali e avere uno spazio competitivo. Tuttavia, le persone con gravi disabilità motorie devono affrontare ostacoli significativi quando si tratta di giocare ai videogiochi, anche con le tecnologie assistive. Spesso sono costretti a giocare a un livello di difficoltà inferiore o a evitare giochi multiplayer con persone senza disabilità.

I sistemi di interfaccia cervello-computer stanno attirando un crescente interesse come potenziali interventi per ripristinare le attività motorie. Queste interfacce possono aiutare le persone paralizzate a controllare i videogiochi e, più in generale, le interfacce digitali per i social network e il lavoro a distanza.

Sebbene i bracci robotici abbiano attirato molta attenzione nel campo delle interfacce cervello-computer, mirate a raggiungere e afferrare oggetti muovendo le dita in gruppi, le interfacce progettate per fornire il controllo del dito individuale consentirebbero varie attività come digitare, suonare uno strumento musicale o azionare un computer. controller per videogiochi.

Risultati dello studio

In questo studio, i ricercatori hanno sviluppato un’interfaccia cervello-computer per decodificare continuamente tre gruppi indipendenti di dita. Il pollice è stato decodificato in due dimensioni, fornendo infine quattro gradi di libertà.

L’interfaccia è stata in grado di registrare continuamente modelli di attività elettrica da più neuroni nel cervello e tradurre tali segnali in movimenti complessi.

È stato impiantato nel giro precentrale sinistro di una persona affetta da quadriplegia (paralisi degli arti superiori e inferiori) in seguito a una lesione del midollo spinale, questa regione è responsabile del controllo dei movimenti della mano.

Gli scienziati hanno registrato le attività neurali mentre il partecipante osservava una mano virtuale muoversi in vari modi su uno schermo. Hanno analizzato queste registrazioni utilizzando algoritmi di apprendimento automatico per identificare i segnali relativi a specifici movimenti delle dita.

Il sistema di interfaccia cervello-computer ha utilizzato questi segnali per prevedere con precisione i movimenti delle dita e successivamente ha permesso al partecipante di controllare tre gruppi ben distinti di dita in una mano virtuale, compresi i movimenti bidimensionali del pollice.

Il sistema ha così raggiunto un livello di precisione più elevato nei movimenti delle dita rispetto a quanto era possibile in precedenza.

I ricercatori hanno poi esteso questa applicazione di controllo delle dita a un videogioco. Hanno utilizzato le posizioni delle dita decodificate dall’interfaccia per fornire punti digitali indipendenti per controllare la velocità e la direzione di un quadricottero virtuale, consentendo al partecipante di pilotare il dispositivo attraverso più percorsi a ostacoli all’interno del quadro. di un videogioco.

Il partecipante ha espresso un sentimento di connessione sociale, empowerment e svago mentre controllava il quadricottero attraverso l’interfaccia cervello-computer. Ha inoltre sottolineato l’importanza dell’individualizzazione dei movimenti delle dita, spiegando che la mancanza di questa individualizzazione degrada le prestazioni.

Significato dello studio

Questa ricerca evidenzia lo sviluppo e la validazione di un sistema di interfaccia cervello-computer ad alte prestazioni basato sul controllo delle dita, in grado di rispondere a molti bisogni insoddisfatti delle persone paralizzate.

La maggior parte degli studi precedenti si sono concentrati sull’uso di interfacce cervello-computer per il controllo di cursori bidimensionali per regolare un quadricottero o un simulatore di volo. Uno studio ha riportato che un quadricottero controllato mediante elettroencefalografia ha percorso con successo 3 cerchi in 4 minuti, rispetto ai 12 cerchi degli individui normodotati che utilizzavano una tastiera.

Al contrario, il presente studio ha dimostrato che il sistema di interfaccia cervello-computer ha consentito la navigazione attraverso 18 cerchi in meno di 3 minuti con prestazioni ottimali, indicando un aumento delle prestazioni di sei volte.

Questo sistema consente anche il volo libero e spontaneo attraverso anelli che appaiono casualmente. Questo approccio che utilizza il controllo motorio fine per i videogiochi controllati da un’interfaccia intracorticale cervello-computer potrebbe rispondere a molti bisogni insoddisfatti delle persone paralizzate.