Eine neue Art von Gehirn-Maschine-Schnittstelle BMI, die minimal invasiv ist und die Absichten des Gehirns mithilfe der Ultraschalltechnologie auslesen kann.
Ein kollaboratives Team von Forscher bei Caltech entwickelte das System, das die Gehirnaktivität entsprechend der Bewegungsplanung lesen kann.
Die Studie des Teams wurde veröffentlicht im Tagebuch Neuron am Montag, 22. März
Neurowissenschaftler, die an BMIs arbeiten, um die Aktivität des Gehirns auf entsprechende Bewegungen abzubilden, haben dank dieser neuen Studie einen großen Tag. In der Regel lesen und interpretieren diese Geräte die Gehirnaktivität und verbinden sie mit einem Computer oder einer Maschine.
Diese Geräte erfordern jedoch normalerweise eine invasive Gehirnoperation, an der viele Patienten nicht teilnehmen möchten.
Die Nachricht von dieser neuen Technologie, die funktionelle Ultraschalltechnologie fUS verwendet, bildet die neuronale Aktivität von ihrer Quelle tief im Gehirn mit einer Auflösung von 100 Mikrometern genau ab.
" Am aufregendsten ist, dass fUS eine junge Technik mit großem Potenzial ist - dies ist nur unser erster Schritt, um mehr Menschen einen leistungsstarken, weniger invasiven BMI zu bieten. " sagte Sumner Norman Postdoktorand im Andersen-Labor und Co-Erstautor der neuen Studie.
Ultraschalltechnologie und Bildmaterial senden hochfrequente Schallimpulse aus, erklären die Forscher und messen dann, wie diese Schallschwingungen in einer Substanz wie menschlichem Gewebe widerhallen. Diese Art der Bildgebung wird bereits häufig zur Aufnahme von Bildern eines Fötus verwendetzum Beispiel in der Gebärmutter.
Das Team erkannte, dass diese Bildgebungstechnik auch dazu beitragen kann, Bewegung und Verhalten vorherzusagen.
als Mikhail Shapiro Professor für Chemieingenieurwesen und Forscher am Heritage Medical Research Institute und Teil des Forschungsteams " Diese Technik erzeugte detaillierte Bilder der Dynamik neuronaler Signale in unserer Zielregion, die mit anderen nicht-invasiven Techniken wie fMRI nicht sichtbar waren. "
"Wir haben eine Detailebene erstellt, die sich der Elektrophysiologie nähert, jedoch mit einem weitaus weniger invasiven Verfahren."
Abbildung des Gehirns nichtmenschlicher Primaten
Das Team erprobte und testete seine Methode an nichtmenschlichen Primaten und brachte ihnen bei, einfache Aufgaben wie das Bewegen von Augen und Armen in eine bestimmte Richtung auszuführen, nachdem sie Hinweise erhalten hatten. Die Primaten wurden bei der Ausführung dieser Aufgaben mit der fUS-Technologie beobachtet, Messung ihrer Gehirnaktivität im hinteren parietalen Kortex - dem Teil unseres Gehirns, der die Bewegung plant.
Das Team wollte wissen, ob die FUS-Bildgebung auch verwendet werden kann, um die Absichten der Primaten herauszufinden, bevor sie ihre Aufgaben ausführen.
Das System wurde dann mit einem Algorithmus für maschinelles Lernen unter Verwendung von in Echtzeit gesammelten Ultraschalldaten trainiert, und innerhalb weniger Sekunden konnte der Algorithmus vorhersagen, welche nächste Bewegung die nichtmenschlichen Primaten ausführen würden.
Wie Richard Andersen, der Teil der Studie war, wies darauf hin, dass diese Methode funktioniert "Es muss nur ein kleines, ultraschalltransparentes Fenster in den Schädel implantiert werden; diese Operation ist wesentlich weniger invasiv als die für die Implantation von Elektroden erforderliche."
Diese neue Methode öffnet Neurowissenschaftlern, die an der Entwicklung von BMIs arbeiten, viele Türen und minimiert die invasive Chirurgie erheblich. Die nächsten Schritte umfassen Versuche am Menschen, um festzustellen, ob diese Bilder und Vorhersagen auch funktionieren. Lesen des menschlichen Gehirns .