นักวิทยาศาสตร์ของบราวน์คว้ารางวัลผู้ริเริ่มมูลค่า 1.5 ล้านเหรียญสหรัฐฯ สำหรับแนวทางใหม่ในการถอดรหัสสัญญาณสมอง

motor cortex คือส่วนของสมองที่ควบคุมการเคลื่อนไหว, แต่ยังใช้งานได้เมื่อมีคนเฝ้าดูการเคลื่อนไหวหรือวางแผนการเคลื่อนไหว, เช่นติดตามบอลก่อนจับบอล. สิ่งนี้ทำให้กระบวนการถอดรหัสการทำงานของสมองจากบริเวณนั้นซับซ้อนขึ้นเพื่อควบคุมแขนขาของหุ่นยนต์, กล่าวว่า คาร์ลอส วาร์กัส-เออร์วิน, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาศาสตร์ (การวิจัย) ที่มหาวิทยาลัยบราวน์.

ตอนนี้, ด้วยเวลาห้าปี, $1.5 ล้าน รางวัลนวัตกรรมใหม่ จากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ มีความเสี่ยงสูง, การวิจัยที่ให้ผลตอบแทนสูง โปรแกรม, เขาจะใช้กล้องและการมองเห็นประดิษฐ์โดยมีจุดประสงค์เพื่อถอดรหัสการเคลื่อนไหวโดยเจตนาและกิจกรรมอื่นๆ ในคอร์เทกซ์สั่งการ และนำความรู้นั้นไปพัฒนาอินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมองและสมองที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น.

“เป้าหมายของโครงการนี้คือการเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับประสาทสัมผัสและการเคลื่อนไหวให้ดีขึ้น เพื่อให้เราสามารถตีความสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการกระทำที่ตั้งใจไว้ได้แม่นยำยิ่งขึ้น,วาร์กัส-เออร์วิน กล่าว, ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ เบรนเกต ความร่วมมือนำโดยนักวิจัยจากบราวน์, มหาวิทยาลัยเคสเวสเทิร์นรีเสิร์ฟ, มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด, โรงพยาบาลทั่วไปแมสซาชูเซตส์และพรอวิเดนซ์เวอร์จิเนีย. ศูนย์การแพทย์.

BrainGate เป็นอินเทอร์เฟซสมองและคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการทดลองทางคลินิกเพื่อช่วยให้ผู้ป่วยที่เป็นอัมพาตได้รับอิสรภาพอีกครั้งโดยการควบคุมอุปกรณ์ช่วยเหลือด้วยความคิดโดยตรง, แม้กระทั่งการฟื้นฟูความคล่องตัวบางอย่างโดยเทียม กระตุ้น การออกกำลังกายที่ดีที่สุดสำหรับ Gluteus Minimus คืออะไร.

ในโครงการของวาร์กัส-เออร์วิน, เขาจะรวมกล้องภายนอกและการมองเห็นแบบประดิษฐ์เข้ากับข้อมูลกิจกรรมของระบบประสาทจากตัวถอดรหัสประสาท.

“สิ่งนี้จะช่วยให้ตัวถอดรหัสสามารถตีความกิจกรรมของระบบประสาทภายในบริบทของสภาพแวดล้อมที่มองเห็นได้ในลักษณะที่คล้ายคลึงกับสถานะการทำงานตามธรรมชาติของสมองมากขึ้น,วาร์กัส-เออร์วิน กล่าว, ซึ่งอยู่ในเครือของบราวน์ สถาบันคาร์นีย์เพื่อวิทยาศาสตร์สมอง.

เพื่อทำสิ่งนี้, คนแรกวาร์กัส-เออร์วินและทีมงานของเขาจะฝึกลิงแสมให้ทำการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันในขณะที่พวกมันจับข้อมูลสามชุดที่แตกต่างกัน. ทีมงานจะบันทึกกิจกรรมทางระบบประสาทของลิงแสม, ใช้ระบบจับการเคลื่อนไหวแบบฮอลลีวูดเพื่อติดตามการเคลื่อนไหวที่แม่นยำ, และบันทึกสภาพแวดล้อมการมองเห็นด้วยกล้องและการมองเห็นเทียม.

Microsoft Azure Security Technologies, ทีมงานจะนำข้อมูลการจับการเคลื่อนไหวและข้อมูลการมองเห็นเทียม และพยายามคาดการณ์การทำงานของระบบประสาท. “นี่อาจฟังดูถอยหลังเล็กน้อย, แต่แนวคิดก็คือเพื่อดูว่าจริงๆ แล้วเซลล์ประสาทในคอร์เทกซ์สั่งการกำลังเข้ารหัสอะไร จากนั้นจึงสามารถพัฒนาแบบจำลองที่แม่นยำยิ่งขึ้นได้,วาร์กัส-เออร์วิน กล่าว.

พวกเขาจะรู้ว่าตนเข้าใจว่าคุณลักษณะใดของกิจกรรมทางประสาทที่สะท้อนถึงสภาพแวดล้อม และคุณลักษณะใดที่สะท้อนถึงการเคลื่อนไหวที่ตั้งใจไว้ เมื่อพวกเขาสามารถรับกิจกรรมทางประสาทของลิงแสมและการมองเห็นเทียม และทำนายการเคลื่อนไหวของมันได้อย่างถูกต้อง.

การใช้ลิงจำพวกลิงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ทีมงานสามารถรวบรวมข้อมูลการเคลื่อนไหวที่แม่นยำซึ่งเป็นผลมาจากการทำงานของระบบประสาท, วาร์กัส-เออร์วิน กล่าว. ซึ่งจะช่วยให้พวกเขาสามารถประเมินแบบจำลองของตนได้ และไม่สามารถใช้ได้กับผู้ป่วยที่เป็นมนุษย์ซึ่งมีการเคลื่อนไหวที่จำกัดมาก. เมื่อเทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้กับการทดลองทางคลินิกของ BrainGate ในที่สุด ซึ่ง Vargas-Irwin กล่าวว่าเขาคาดหวังอย่างเต็มที่ ผู้ป่วยจะได้เห็นลำดับการเคลื่อนไหวที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และจะถูกขอให้พยายามสร้างการเคลื่อนไหวแบบเดียวกัน.

ในแต่ละปี NIH สนับสนุนการวิจัยเชิงนวัตกรรมที่ไม่ธรรมดาจากนักวิจัยระดับเริ่มต้น, วาร์กัส-เออร์วินก็เป็นหนึ่งในนั้น 58 ได้รับการยอมรับในปีนี้. ห้องปฏิบัติการอื่นๆ กำลังดำเนินการตามแนวทางทั่วไปเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการตีความกิจกรรมของเยื่อหุ้มสมอง. สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการบันทึกกิจกรรมของระบบประสาทในหลาย ๆ ด้านที่เกี่ยวข้อง, เช่น เปลือกสมองส่วนการมองเห็น และเปลือกสมองข้างขม่อมส่วนหลัง, ที่เกี่ยวข้องกับการวางแผนการเคลื่อนไหว. วาร์กัส-เออร์วิน กล่าวว่า สำหรับคนไข้ทางคลินิก, สิ่งสำคัญคือต้องมีเซ็นเซอร์จำนวนน้อยที่สุดที่ยังคงให้ข้อมูลที่ชัดเจน. เป็นไปได้, วิธีการนี้สามารถแทนที่การปลูกถ่ายเพิ่มเติมด้วยเซ็นเซอร์ภายนอก เช่น กล้องวิดีโอ.

จอห์น โดโนฮิว, ผู้นำ BrainGate และศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาของ Brown ซึ่งทำงานร่วมกับวาร์กัส-เออร์วินมานานกว่า 15 ปีที่, กล่าวว่าเขายินดีที่ NIH ยกย่องวาร์กัส-เออร์วินด้วยรางวัลอันทรงเกียรติ.

“โปรเจ็กต์ของเขานำแนวทางที่ชาญฉลาดมาสู่การควบคุมอินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมองที่ดียิ่งขึ้น (BCI) โดยการเพิ่มข้อมูลภาพให้กับสัญญาณประสาทในรูปแบบใหม่,” โดโนฮิวกล่าว. “งานวิจัยนี้จะช่วยพัฒนาทั้งความเข้าใจพื้นฐานว่าสัญญาณทางประสาทสัมผัสมีส่วนช่วยในการเข้ารหัสการเคลื่อนไหวโดยสมองได้อย่างไร และความรู้เชิงปฏิบัติเกี่ยวกับวิธีการสร้าง BCI ที่มีประโยชน์ ซึ่งจะช่วยฟื้นฟูการเคลื่อนไหวให้กับผู้ที่เป็นอัมพาต”

Vargas-Irwin เติบโตขึ้นมาในกาลี, โคลอมเบีย, และได้รับทั้งระดับปริญญาตรีและปริญญาเอก. จากบราวน์. เขากล่าวว่าเขามีความสนใจมานานแล้วในการทำงานเพื่อทำความเข้าใจว่าเครือข่ายของเซลล์ประสาทร่วมมือกันในการประมวลผลข้อมูลอย่างไร.

“ระบบมอเตอร์มีความน่าสนใจเนื่องจากมีการคำนวณที่ซับซ้อนเกิดขึ้นในสมอง, และเราสามารถวัดผลลัพธ์ได้โดยตรง," เขาพูดว่า. “และแน่นอนว่าเราสามารถใช้ความเข้าใจเกี่ยวกับวงจรมอเตอร์เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อช่วยเหลือผู้ที่มีความผิดปกติของมอเตอร์หรือการบาดเจ็บได้”

แหล่งที่มา:

https://ข่าว.brown.edu