ALS-Patienten, andere für die Erforschung der Gehirn-Computer-Schnittstelle benötigt | BCI-Studie von BrainGate bei gelähmten Patienten rekrutiert immer noch an 5 Standorten in den USA

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In einer klinischen Studie wird untersucht, ob eine neue, implantierbare Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) in der Lage ist, Gehirnsignale zu dekodieren – Untersuchungen haben gezeigt, dass sie mit Aufgaben zusammenhängen, die auf die Hände oder das Sprechen angewiesen sind – und sie in Handlungen für Menschen mit neurologischen Erkrankungen oder Verletzungen umzuwandeln .

Bis zu 15 Erwachsene, die aufgrund von neuromuskulären Erkrankungen oder Verletzungen gelähmt sind, einschließlich Personen mit Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), wird in die Studie eingeschrieben, genannt BrainGate2 (NCT00912041).

Der Prozess ist jetzt rekrutieren Patienten mit ALS, Muskeldystrophie, Rückenmarksverletzung, Schlaganfall oder andere neuromuskuläre Erkrankungen an fünf Standorten in den USA. Weitere Studienzentren könnten in Zukunft eröffnet werden, stellten die Forscher fest, aber vorerst befinden sich die Studienzentren in Georgia, Massachusetts und Rhode Island sowie in zwei Städten in Kalifornien.

Die Teilnehmer, die zwischen 18 und 75 Jahre alt sein können, müssen innerhalb von drei Autostunden vom Studienort entfernt wohnen und für Gehirnoperationen und regelmäßige Untersuchungen verfügbar sein. Es wird ein Zeitaufwand von 13 Monaten vorausgesetzt.

Literatur-Empfehlungen

Eine BrainGate-Initiative

Der 2009 gestartete Pilotversuch ist eine Initiative von BrainGate, ein Konsortium internationaler Universitäten und akademischer medizinischer Zentren, das sich auf die Erforschung, Entwicklung und Erprobung von Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologien konzentriert. Das Ziel von BCI ist es, die Kommunikationsfähigkeit, Mobilität und Unabhängigkeit von Menschen mit neurologischen Erkrankungen, Verletzungen oder Verlust von Gliedmaßen wiederherzustellen.

Bei einigen dieser Patienten sind die für bestimmte Bewegungen und Sprache zuständigen Gehirnareale intakt. Signale können jedoch nicht zu den Nerven und Muskeln durchdringen, die Befehlsimpulse erhalten müssen, um solche Funktionen auszuführen.

BCI-Technologien verwenden üblicherweise maschinelles Lernen, um Nervenimpulse aus dem motorischen Kortex – einer Gehirnregion, die für freiwillige Bewegungen verantwortlich ist – zu interpretieren und in spezifische digitale Aktionen umzuwandeln.

Maschinelles Lernen ist eine Form der künstlichen Intelligenz, die Algorithmen verwendet, um Daten zu analysieren, aus ihren Analysen zu lernen und dann eine Vorhersage über etwas zu treffen.

Einige der früheren Studien des Konsortiums haben die Umwandlung von neuronalen Zeichen aus versuchten Handschriftbewegungen ermöglicht in die Textausgabe in einem Computer in Echtzeit. Sie haben auch Teilnehmern mit Lähmungen geholfen einen Roboterarm und eine Roboterhand steuern.

Ziel von BrainGate 2 ist es, vorläufige Sicherheitsdaten zu der Untersuchung zu erhalten BrainGate BCI-Gerät – in früheren Studien gefunden, um gelähmten Menschen zu helfen, schneller zu tippen. Diese Studie wird auch beurteilen, ob die Technologie es Menschen mit Lähmungen, einschließlich solchen mit schwerer Sprachbehinderung, ermöglicht, mehrere Fähigkeiten wiederzuerlangen, die normalerweise auf die Hände oder auf das Sprechen angewiesen sind.

Teilnehmer, die eine unvollständige oder vollständige Lähmung in den Armen und Beinen oder Sprechschwierigkeiten haben müssen, werden operiert, um Utah Arrays – winzige quadratische Gitter mit 100 Mikroelektroden – in den motorischen Kortex und in sprachbezogene Bereiche zu implantieren.

Die Arrays empfangen Nervenzellenimpulse, die zu einem oder zwei kleinen Metallsockeln weitergeleitet werden, die oben auf dem Kopf platziert werden. Von dort aus können die Signale mit einem Computer verbunden werden, der sie durch ausgeklügelte Algorithmen, die durch fortschrittliche maschinelle Lerntechniken erstellt wurden, in digitale Zeichen entschlüsselt.

Das ultimative Ziel ist es, den Teilnehmern zu ermöglichen, einen Computercursor und andere Hilfsgeräte, einschließlich Kommunikationssoftware wie E-Mail, nur mit ihren Gedanken zu steuern.

Forscher am Standort der Studie an der University of California Davis (UC Davis) sind besonders daran interessiert, mit dem BCI die Gehirnsignale zu „lesen“, die die am Sprechen beteiligten Muskeln bewegen sollen – insbesondere Zunge, Kiefer, Lippen, Kehlkopf und Zwerchfell. Das Team will diese Signale in verständliche Sprache übersetzen, die von einem Computer produziert wird.

„Der Verlust der Sprachfähigkeit ist verheerend“, sagte David Brandman, MD, PhD, der Hauptforscher der Studie an der UC Davis, in a Pressemitteilung der Hochschule.

„Die bestehenden unterstützenden Kommunikationstechnologien, die Menschen mit Lähmungen zur Verfügung stehen, wie Eyetracker und Saug- und Zuggeräte, sind langsam, umständlich und erfordern sowohl vom Benutzer als auch von seinem Betreuer erhebliche Anstrengungen“, sagte Brandman.

Brandman, der die Operationen für die Studie leiten wird, ist Assistenzprofessor in der Abteilung für neurologische Chirurgie der UC Davis. Er ist außerdem Co-Direktor des UC Davis Neuroprosthetics Lab, zusammen mit Sergey Stavisky, PhD, der als wissenschaftlicher Leiter für die Studie arbeitet und Assistenzprofessor in derselben Abteilung ist.

„Durch die Implantation von Elektroden, die einzelne Gehirnzellen aufzeichnen können, die an der Spracherzeugung beteiligt sind, hoffen wir, dass wir es den Teilnehmern ermöglichen können, zu kommunizieren, indem sie einfach versuchen zu sprechen“, sagte Stavisky.

Literatur-Empfehlungen

Polio

Erforschung der Gehirn-Computer-Schnittstelle

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die produzierten Algorithmen in der Lage sein werden, die neuronalen Muster genau in Sprache zu decodieren, die dann mit textgenerierenden oder synthetischen spracherzeugenden Geräten gekoppelt werden kann.

„Wir hoffen zu erfahren, was Gehirnzellen tun, wenn eine Person versucht zu sprechen“, sagte Stavisky.

„Was für Auskunftrmationen enthält zum Beispiel diese Gehirnaktivität? Wie hängt das mit den Bewegungen oder Geräuschen zusammen, die die Person zu erzeugen versucht? Wir gehen davon aus, dass wir mit dieser Studie in der Lage sein werden, diese und viele andere Fragen zu beantworten“, sagte Stavisky.

Der Neurowissenschaftler betonte auch, dass mehrere Forschungsgruppen und Unternehmen BCI testen und verbessern, um Funktionen wiederherzustellen, die bei bestimmten neurologischen und neurodegenerativen Erkrankungen verloren gegangen sind.

Insbesondere zeigten klinische Studiendaten, dass Synchron’s Stentrodeein innovatives BCI, das keine Operation erfordert, um implantiert zu werden, ermöglichte es vier ALS-Patienten, zu kommunizieren und tägliche Online-Aufgaben auszuführen, indem sie „nur ihre Gedanken“ nutzten.

„Basierend auf den Fortschritten auf diesem Gebiet und der Stärke unseres interdisziplinären Forschungsteams bin ich zuversichtlich, dass wir schnell wesentliche Fortschritte bei der Wiederherstellung der Fähigkeit von Menschen, die die Fähigkeit zu sprechen verloren haben, machen können, natürliche Gespräche in Echtzeit zu führen. “, sagte Stavisky.

Leigh Robert Hochberg, MD, PhD, Direktor des BrainGate-Konsortiums und Sponsor der BrainGate-2-Studie, sagte: „Ich freue mich sehr, David, Sergey und die wunderbare Neuroengineering-Community an der UC Davis bei den klinischen Studien von BrainGate willkommen zu heißen.“

„Ihre wissenschaftlichen und klinischen Erkenntnisse werden zweifellos zu Durchbrüchen bei der Wiederherstellung der Kommunikation führen“, fügte Hochberg hinzu, Neurointensivist am Massachusetts General Hospital, einem der anderen Standorte der BrainGate 2-Studie.

Er ist außerdem Fakultätsmitglied an der Brown University und der Harvard Medical School sowie Direktor des Veterans Affairs (VA) Rehabilitation Research and Development Center for Neurorestoration and Neurotechnology am Providence VA Health System.

Zusätzlich zu den Studienzentren in Massachusetts General und UC Davis werden Patienten an der Stanford University School of Medicine, ebenfalls in Kalifornien, und an der Emory University School of Medicine, in Georgia, und am Providence VA Medical Center, in Rhode Island, eingeschrieben.

„Ich hoffe, dass die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie eines Tages die funktionale Unabhängigkeit von Menschen mit Lähmungen wiederherstellen wird“, sagte Brandman.

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