Un team di ricercatori della Carnegie Mellon University, in collaborazione con l'Università del Minnesota, ha fatto un passo avanti nel campo del controllo dei dispositivi robotici non invasivi. Utilizzando un'interfaccia cervello-computer non invasiva (BCI), i ricercatori hanno sviluppato il primo braccio robotico controllato dalla mente di successo che mostra la capacità di tracciare e seguire continuamente un cursore del computer.

Essere in grado di controllare in modo non invasivo i dispositivi robotici usando solo i pensieri avrà ampie applicazioni, in particolare a beneficio della vita dei pazienti paralizzati e di quelli con disturbi del movimento.

È stato dimostrato che i BCI ottengono buone prestazioni per il controllo dei dispositivi robotici utilizzando solo i segnali rilevati dagli impianti cerebrali. Quando i dispositivi robotici possono essere controllati con alta precisione, possono essere utilizzati per completare una serie di attività quotidiane. Fino ad ora, però, Le BCI riuscite a controllare i bracci robotici hanno utilizzato impianti cerebrali invasivi. Questi impianti richiedono una notevole quantità di competenze mediche e chirurgiche per essere installati e funzionare correttamente, per non parlare dei costi e dei potenziali rischi per i soggetti, e come tale, il loro uso è stato limitato a pochi casi clinici.

Una grande sfida nella ricerca BCI è sviluppare una tecnologia meno invasiva o addirittura totalmente non invasiva che permetta ai pazienti paralizzati di controllare il proprio ambiente o gli arti robotici usando i propri "pensieri". Tale tecnologia BCI non invasiva, in caso di successo, porterebbe la tecnologia tanto necessaria a numerosi pazienti e persino potenzialmente alla popolazione generale.

Però, BCI che utilizzano il rilevamento esterno non invasivo, piuttosto che impianti cerebrali, ricevere segnali "più sporchi", portando a una risoluzione più bassa e un controllo meno preciso. Così, quando si usa solo il cervello per controllare un braccio robotico, un BCI non invasivo non regge all'utilizzo di dispositivi impiantati. Nonostante questo, I ricercatori BCI sono andati avanti, i loro occhi sul premio di una tecnologia meno o non invasiva che potrebbe aiutare quotidianamente i pazienti ovunque.

Bin He, Professore Fiduciario e Capo Dipartimento di Ingegneria Biomedica presso la Carnegie Mellon University, sta raggiungendo questo obiettivo, una scoperta chiave alla volta.

"Ci sono stati grandi progressi nei dispositivi robotici controllati dalla mente che utilizzano impianti cerebrali. È una scienza eccellente, " dice He. "Ma non invasivo è l'obiettivo finale. I progressi nella decodifica neurale e l'utilità pratica del controllo non invasivo del braccio robotico avranno importanti implicazioni sull'eventuale sviluppo di neurorobotica non invasiva".

Utilizzando nuove tecniche di rilevamento e apprendimento automatico, Lui e il suo laboratorio sono stati in grado di accedere ai segnali nel profondo del cervello, ottenendo un'alta risoluzione di controllo su un braccio robotico. Con il neuroimaging non invasivo e un nuovo paradigma di ricerca continua, Sta superando i segnali EEG rumorosi che portano a migliorare significativamente la decodifica neurale basata sull'EEG, e facilitando il controllo continuo del dispositivo robotico 2-D in tempo reale.

Utilizzando un BCI non invasivo per controllare un braccio robotico che sta seguendo un cursore sullo schermo di un computer, per la prima volta in assoluto, Ha mostrato in soggetti umani che un braccio robotico ora può seguire continuamente il cursore. Considerando che i bracci robotici controllati da esseri umani in modo non invasivo avevano precedentemente seguito un cursore in movimento a scatti, movimenti discreti, come se il braccio robotico stesse cercando di "recuperare" i comandi del cervello, ora, il braccio segue il cursore in modo fluido, percorso continuo.

In un articolo pubblicato su Robotica scientifica , il team ha stabilito una nuova struttura che affronta e migliora i componenti "cervello" e "computer" di BCI aumentando il coinvolgimento e la formazione degli utenti, così come la risoluzione spaziale dei dati neurali non invasivi attraverso l'imaging della sorgente EEG.

La carta, "Il neuroimaging non invasivo migliora il monitoraggio neurale continuo per il controllo dei dispositivi robotici, " mostra che l'approccio unico del team alla risoluzione di questo problema non ha migliorato l'apprendimento BCI di quasi il 60% per le tradizionali attività di centratura, ha anche migliorato il monitoraggio continuo di un cursore del computer di oltre il 500%.

La tecnologia ha anche applicazioni che potrebbero aiutare una varietà di persone, offrendo sicurezza, "controllo mentale" non invasivo di dispositivi che possono consentire alle persone di interagire e controllare i propri ambienti. La tecnologia ha, ad oggi, è stato testato in 68 soggetti umani normodotati (fino a 10 sessioni per ogni soggetto), compreso il controllo del dispositivo virtuale e il controllo di un braccio robotico per l'inseguimento continuo. La tecnologia è direttamente applicabile ai pazienti, e il team prevede di condurre studi clinici nel prossimo futuro.

"Nonostante le sfide tecniche che utilizzano segnali non invasivi, siamo pienamente impegnati a portare questa tecnologia sicura ed economica alle persone che possono trarne vantaggio, " dice He. "Questo lavoro rappresenta un passo importante nelle interfacce cervello-computer non invasive, una tecnologia che un giorno potrebbe diventare una tecnologia assistiva pervasiva che aiuta tutti, come gli smartphone".