Leximi i mendjes me ultratinguj

Leximi i mendjes me ultratinguj

Një teknikë më pak pushtuese për të deshifruar synimet e trurit

Çfarë po ndodh në trurin tuaj ndërsa jeni duke lëvizur nëpër këtë faqe? Me fjalë të tjera, cilat zona të trurit tuaj janë aktive, me cilat neurone po flasin me të tjerët dhe cilat sinjale po ju dërgojnë muskujve?

 

Hartimi i aktivitetit nervor në sjelljet përkatëse është një qëllim kryesor për neuroshkencëtarët që zhvillojnë ndërfaqe truri-makinerie (BMI): pajisje që lexojnë dhe interpretojnë aktivitetin e trurit dhe transmetojnë udhëzime në një kompjuter ose makinë. Megjithëse kjo mund të duket si trillim shkencor, BMI ekzistuese mund, për shembull, të lidhë një person të paralizuar me një krah robotik; pajisja interpreton veprimtarinë dhe qëllimet nervore të personit dhe lëviz përkohësisht krahun robotik.

 

Një kufizim i madh për zhvillimin e BMI-ve është se pajisjet kërkojnë kirurgji invazive të trurit për të lexuar aktivitetin nervor. Por tani, një bashkëpunim në Caltech ka zhvilluar një lloj të ri të BMI minimale invazive për të lexuar aktivitetin e trurit që korrespondon me planifikimin e lëvizjes. Duke përdorur teknologjinë funksionale të ultrazërit (fUS), ai mund të hartojë me saktësi

aktivitetin e trurit nga rajone të sakta thellë brenda trurit me një rezolucion prej 100 mikrometra (madhësia e një neuroni të vetëm është afërsisht 10 mikrometra).

 

Teknologjia e re fUS është një hap i madh në krijimin e BMI-ve më pak invazive, por akoma shumë të afta.

“Format pushtuese të bashkëveprimit midis trurit-makinerisë tashmë mund t’i kthejnë lëvizjen atyre që e kanë humbur atë për shkak të dëmtimit neurologjik ose sëmundjes”, thotë Sumner Norman, bashkëpunëtor pas doktoraturë në laboratorin Andersen dhe bashkëautor i studimit të ri. “Për fat të keq, vetëm disa të zgjedhur me paralizë më të rëndë janë të ligjshëm dhe të gatshëm të bëjnë elektroda të ngulitura në trurin e tyre. Ekografia funksionale është një metodë e re tepër emocionuese për të regjistruar aktivitetin e detajuar të trurit pa dëmtuar indet e trurit. Ne shtuam kufijtë e ultrazërit dhe ishim të ngazëllyer që mund të parashikonte lëvizjen. Ajo që është më emocionuese është se fUS është një teknikë e re me potencial të madh – ky është vetëm hapi ynë i parë për të sjellë BMI me performancë të lartë, më pak invazive në më shumë njerëz. ”

Në përgjithësi, të gjitha mjetet për matjen e aktivitetit të trurit kanë të meta. Elektrodat e implantuara (elektrofiziologjia) mund të matin shumë saktësisht aktivitetin në nivelin e neuroneve të vetme, por, natyrisht, kërkojnë implantimin e atyre elektrodave në tru. Teknikat jo-invazive si imazhi funksional i rezonancës magnetike (fMRI) mund të imazhojë tërë trurin por kërkon makineri të mëdha dhe të shtrenjta. Elektroencefalografia (EEG) nuk kërkon operacion, por mund të masë vetëm aktivitetin me rezolucion të ulët hapësinor.

 

Ekografia funksionon duke emetuar impulse të tingullit me frekuencë të lartë dhe duke matur se si ato dridhje të tingullit jehojnë në të gjithë një substancë, siç janë indet e ndryshme të trupit të njeriut. Tingulli udhëton me shpejtësi të ndryshme përmes këtyre llojeve të indeve dhe reflekton në kufijtë midis tyre. Kjo teknikë përdoret zakonisht për të marrë imazhe të një fetusi në mitër, dhe për imazhe të tjera diagnostike.

 

Ekografia gjithashtu mund të “dëgjojë” lëvizjen e brendshme të organeve. Për shembull, qelizat e kuqe të gjakut, si një ambulancë që kalon, do të rriten në lartësinë kur afrohen te burimi i valëve të ultrazërit dhe do të ulen ndërsa ato largohen. Matja e këtij fenomeni lejoi studiuesit të regjistronin ndryshime të vogla në rrjedhën e gjakut të trurit deri në 100 mikrometra (në shkallën e gjerësisë së qimeve të një njeriu).

 

Teknologjia u zhvillua me ndihmën e primatëve jo-njerëzorë, të cilët u mësuan të bënin detyra të thjeshta që përfshinin lëvizjen e syve ose krahëve në drejtime të caktuara kur u paraqiteshin me

shenja të caktuara. Ndërsa primatët përfunduan detyrat, fUS-i matte aktivitetin e trurit në korteksin e pasëm parietal (PPC), një rajon i trurit i përfshirë në planifikimin e lëvizjes. Laboratori Andersen ka studiuar PPC për dekada dhe më parë ka krijuar harta të aktivitetit të trurit në rajon duke përdorur elektrofiziologjinë. Për të vërtetuar saktësinë e fUS, studiuesit krahasuan aktivitetin e imazhit të trurit nga fUS me të dhënat e detajuara të elektrofiziologjisë të marra më parë.

 

Më tej, përmes mbështetjes së T&C Chen Brain – Machine Interface Center në Caltech, ekipi synoi të shihte nëse ndryshimet e varura nga aktiviteti në imazhet fUS mund të përdoren për të deshifruar synimet e primatit jo-njerëzor, madje edhe para se të fillonte një lëvizje. Të dhënat e imazheve me ultratinguj dhe detyrat përkatëse u përpunuan më pas nga një algoritëm i të mësuarit makinerik, i cili mësoi se cilat modele të aktivitetit të trurit lidheshin me cilat detyra. Pasi algoritmi u trajnua, ai u prezantua me të dhëna me ultratinguj të mbledhura në kohë reale nga primatët jo-njerëzorë.

 

Algoritmi parashikoi, brenda pak sekondash, çfarë sjellje do të kryente primati jo-njerëzor (lëvizja e syrit ose arritja), drejtimi i lëvizjes (majtas ose djathtas) dhe kur ata planifikuan të bënin lëvizjen.

 

“Monedha e parë ishte të tregonte se ultratingujt mund të kapnin sinjale të trurit në lidhje me mendimin e planifikimit të një lëvizje fizike”, thotë Maresca, i cili ka ekspertizë në imazhet me ultratinguj. “Imazhi ultrazërit funksional arrin të regjistrojë këto sinjale me 10 herë më shumë ndjeshmëri dhe rezolucion më të mirë se MRI funksionale. Ky zbulim është në thelbin e suksesit të ndërveprimit tru-makineri bazuar në ultratingujt funksional. ”

 

Megjithëse ky studim u krye në primatët jo-njerëzorë, është duke u zhvilluar një bashkëpunim me Dr. Charles Liu, një neurokirurg në USC, për të studiuar teknologjinë me vullnetarë njerëzorë të cilët, për shkak të dëmtimeve traumatike të trurit, kanë pasur një copë kafke të hequr. Për shkak se valët me ultratinguj mund të kalojnë të paprekur përmes këtyre “dritareve akustike”, do të jetë e mundur të studiohet se sa ultratinguj funksionalë mund të matin dhe dekodojnë aktivitetin e trurit në këta individë.

Postime te ngjashme