Relateret indhold
- Denne bioniske dragt kan være fremtiden for protetikere
Ingeniør fra University of Houston Jose Contreras-Vidal gør noget futuristisk, fremmed end science-fiction. Han har udviklet et ”hjernemaskine-interface” til at fortolke hjernesignaler og omdanne dem til bevægelse. Med denne grænseflade har han oprettet en bionisk hånd og en computeravatar, der styres af brugerens sind.
Men midtpunktet i hans arbejde er en tanke-styret eksoskelet til at hjælpe lammede mennesker med at gå. I de sidste adskillige år har Contreras-Vidal arbejdet med REX underkropsskelet, udviklet af New Zealand-baserede REX Bionics. Exoskelettet laves til at kontrolleres med en joystick. Men Contreras-Vidal og hans team har eftermonteret en version, der skal bruges med deres hjernemaskine-interface. Brugeren af eksoskelettet har en elektrodehætte med sensorer i hovedbunden, der læser elektrisk aktivitet i hjernen. En algoritme udviklet af Contreras-Vidal og hans team "fortolker" hjerneinformationen og oversætter den til bevægelse af eksoskelettet. Med andre ord, brugeren tænker "bevægelse, venstre knæ, " og algoritmen gør det til handling. Dette kan skabe relativt hurtige bevægelser, da det selv i ikke-sårede mennesker tager et split sekund for information at rejse fra hjernen til kroppen.
”Hver gang vi planlægger en bevægelse, er informationen der, før vi faktisk ser bevægelsen, ” siger Contreras-Vidal.
En række forskere gennem årene har hjulpet lammede mennesker med at bevæge sig ved hjælp af elektroder implanteret i deres hjerner. Contreras-Vidals patentsøgende system er anderledes, fordi det er ikke-invasivt - brugere tager og slukker elektrodehætten efter ønske. Dette er især nyttigt i tilfælde af patienter, der kun har behov for eksoskelettet midlertidigt, såsom slagtilfælde, der muligvis bruger eksoskelettet til at genvinde gåegenskaber og derefter lære at gå uden hjælp. (Et brasiliansk-ledet team udviklede et ikke-invasivt hjernekontrolleret eksoskelet for at give en paraplegiker mulighed for at sparke verdensmesterskabet i 2014; dragt, der dog ikke tillader brugeren at gå uden hjælp).
Det tankestyrede eksoskelet er resultatet af mange års arbejde med at dekode sproget i hjernen. På University of Houston dirigerer Contreras-Vidal Laboratory for Non-invasive Brain-Machine Interface Systems, der beskæftiger et team af ingeniører, neurovidenskabsfolk, læger, computereksperter og endda kunstnere. Før Houston ledede han Laboratorium for neuroteknik og smart protetik ved University of Maryland, hvor han arbejdede med at udvikle hjernekontrolleret proteser til amputerede. De algoritmer, der bruges til at omsætte tanker til bevægelse, forbedres konstant, siger Contreras-Vidal, i det, han beskriver som en "kreativ proces."
Lige nu arbejder hans laboratorium på flere projekter, der bruger hjernemaskine-interface. Et projekt ser på neuromotorisk udvikling hos børn, der bruger elektrodehætten; holdet håber, at en bedre forståelse af denne proces i sidste ende kan hjælpe børn med neurologiske udviklingsforstyrrelser, såsom autisme. En anden forsøger at forstå, hvad der sker i hjernen, når folk oplever kunst, og monterer museumsgæsterne med en elektrodehætte, når de ser på en kunstinstallation.
Det hjernekontrollerede eksoskelet gennemgår i øjeblikket forsøg. Det er allerede blevet brugt i en række virkelighedsscenarier; en britisk quadriplegic mand gik for nylig ved hjælp af eksoskelettet på en konference i Italien.
Contreras-Vidal og flere af hans studerende demonstrerer eksoskelettet på Smithsonians kommende Innovationsfestival. Festivalen, et samarbejde mellem Smithsonian Institution og US Patent and Trademark Office, finder sted 26. og 27. september på National Museum of American History.
”Vi er meget begejstrede for at gå til Smithsonian, fordi jeg tror, at forskere er nødt til at tale med offentligheden, især med børn, ” siger Contreras-Vidal. ”De er nødt til at blive udsat for denne type teknologi for at se, at det virkelig handler om at skabe og innovere.”
Som om det robotlignende eksoskelet ikke er imponerende nok for børn og andre festivalgængere, vil Contreras-Vidal og hans team give besøgende mulighed for at se deres egne hjernebølger på en skærm ved at donere elektrodekapsler. Contreras-Vidal beskriver indstilling af en persons hjernebølger som "lytter til neurosymfonien."
”Jeg kan godt lide at se hjernen som en symfoni, hvor alle de store områder er en del af ensemblet, og hver spiller i dette ensemble er ansvarlig for et aspekt af deres opførsel, ” siger han. ”For at spille denne musik er de nødt til at koordinere.”
Danseren Becky Valls optræder iført Contreras-Vidal's elektrodehætte (University of Houston) Overlapningen mellem kunst og videnskab er en vigtig del af Contreras-Vidals arbejde. Tidligere har han tilsluttet kunstnere til at kigge ind i deres hjernes kreative processer. For nylig har han arbejdet med dansere. I et projekt kaldet Din hjerne på dans monterede han dansere med elektrodekapsler og viste de resulterende hjernebølger på en skærm, mens de optræder. Han mener, at i sidste ende kan denne form for undersøgelse af det neurale bevægelsesgrundlag føre til en ny forståelse af Parkinsons og andre hjernesygdomme.
På Innovationsfestivalen bliver besøgende behandlet med en sådan danseforestilling.
”Forskere kan lære meget af kunst og vice versa, ” siger Contreras-Vidal. ”Jeg håber, at dette fanger fantasien hos mennesker, især børn.”
Innovationsfestivalen afholdes på National Museum of American History den 26. og 27. september mellem kl. 10-17. Begivenheden, der er arrangeret af Smithsonian Institution og US Patent and Trademark Office, vil indeholde eksempler på amerikansk opfindsomhed udviklet af uafhængige opfindere, akademiske institutioner, virksomheder og offentlige agenturer.
