Beyin-makine arayüzü teknolojisine dayalı nöroprostetik cihazlar, beyin yaralanmaları, nörolojik hastalıklar ve uzuv kaybının neden olduğu yıkıcı motor kusurları olan hastalarda vücut hareketini eski haline getirme konusunda umut vaat ediyor. Son on yılda, bu disiplinler arası araştırmada, özellikle üst ekstremite fonksiyonlarını uyaran beyin-makine arayüzünde önemli ilerlemeler kaydedildi. Bununla birlikte, tamamen işlevsel protezlerin oluşturulabilmesi için çözülmesi gereken çok sayıda sorun vardır.
İnsanlar için nöroprotezlerin geliştirilmesine doğru ilerlemek için, beyin-makine arayüzü araştırması, nöral kayıtların kalitesini iyileştirme ve istikrarlı ve uzun vadeli performans elde etme ile ilgili bir dizi konuyu ele almalıdır. Ve beyin-makine arabirimi yaklaşımı, çok çeşitli motor ve duyusal işlevleri kapsayacak şekilde genişletildi.
Protezler, nörostimülatörler veya insan-makine arayüzleri, nörolojik bozukluğu olan bireylere yardımcı olmak, kaybedilen işlevselliği geri kazandırmak ve böylece yaşam kalitelerini artırmak için beyinden kayıt yapan veya beyinden uyarı alan cihazlardır. Nöral sinyal işleme metodolojileri tüm bu uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
İçindekiler
sinir uyaranları
On yıllardır çalışan nörostimülatörler, ses dalgalarının kulak zarından kokleaya iletilmesinde kusurları olan kişiler için tasarlanmış koklear implantlardır. Bu implantlar ayrıca yaşa bağlı işitme kaybı olan yaşlı yetişkinlere de yardımcı olabilir. Çevredeki ortamdan ses yakalamak ve onu dijital sinyallere dönüştürmek için harici bir konuşma işlemcisi içerir. Dahili implantlar, kokleadaki elektrotlarla işitsel siniri uyarmak için dijital sinyalleri elektrik sinyallerine dönüştürür. Beyin sinyalleri aldıktan sonra sesi işitebilir ve yorumlayabilir.
Bir başka başarılı nörostimülatör, Parkinson hastalığı olan kişiler için kullanılan derin beyin stimülasyonu (DBS) sistemidir. Derin beyin stimülasyonu, onlarca yıldır Parkinson hastalığı olan kişiler için güvenilir bir tedavi olarak mevcuttur. Köprücük kemiği altına yerleştirilen bir impuls üreteci, hipotalamik çekirdeğe belirli bir frekansta uyarı vererek sürekli elektriksel impulslar sağlar ve kontrolsüz titreşimlerin azaltılmasını sağlar. Derin beyin stimülasyonu ameliyatı sırasında beynin hedeflenen bölgesine elektrotlar yerleştirilir ve tüm işlem manyetik rezonans görüntüleme kullanılarak izlenir ve kaydedilir. Tedaviden sonra semptomatik iyileşme en az 10 yıl devam etti.
Nöral protezler veya insan-makine arayüzleri (HMI’ler)
İnme, omurilik zedelenmesi ve travmatik beyin zedelenmesi uzun süreli sakatlığa neden olabilir ve artan sayıda kişi günlük yaşamlarında bağımsızlık kaybına yol açan ciddi hareket bozuklukları yaşar. Günlük yaşam aktivitelerini gerçekleştirmek için motor fonksiyonu geliştirmek çok önemlidir. İnsan-makine arayüzleri (HMI’ler), inme veya omurilik lezyonlarından sonra kaybolan motor fonksiyonu eski haline getirmek için bir rehabilitasyon cihazı veya yardımcı cihaz olarak kullanılabilen dış iskeletlerin hünerli kontrolünü sağlayabilir. Böylece, uzun vadeli iyileştirmeleri teşvik edebilir. (Hareket bozukluğu olan kişilerde motor fonksiyon)
Ek olarak, nöro-mühendislikte önemli uygulamalar, amputasyon veya felç geçirmiş bireyler için kaybedilen uzuv fonksiyonlarını eski haline getirmeye veya telafi etmeye yönelik HMI tabanlı sistemlerdir. Protezlerin kortikal kontrolü hem hayvanlarda hem de insanlarda incelenmiştir. Kortikal aktivasyon kalıplarını değerlendirmek için kullanılan hareketle ilgili kortikal potansiyeller, gönüllü hareketlerin planlanması ve yürütülmesi ile ilgili oldukları için ilginç bilgiler sağlar.
Son zamanlarda, HMI tabanlı araştırma, invazif olmayan nöral kayıtları kullanarak hareket kod çözme algoritmalarının geliştirilmesini vurgulamıştır. Hareketten önce veya hareket sırasında sinirsel niyeti anlamak için, verimli algoritmalar kullanarak özellikleri doğru bir şekilde çıkarmak gerekir. Uzun vadeli uyarlanabilirlik ve güvenilirlik, gelişmiş ve uyarlanabilir sinyal işleme metodolojileri kullanılarak ele alınan güncel zorluklardır. Bir protezi veya dış iskeleti mükemmelleştirmek için aylarca ve yıllarca eğitim gereklidir. Bu eğitim süresi, şu anda gelişmiş sinyal işleme yöntemleri tarafından yönetilen makine öğrenimi algoritmaları üzerindeki yükü artırarak azaltılabilir.
nörolojik bozukluklar
Epilepsi, nöbetlere karşı kalıcı bir duyarlılıkla karakterize yaygın bir nörolojik bozukluktur. Bu nöbetler hareket bozukluklarına, bağırsak veya mesane işlevinin kontrolünün kaybına, bilinç kaybına veya bilişsel işlevlerde diğer bozukluklara neden olabilir. Şu anda, sinyal işleme algoritmaları devam eden nöbetleri tespit edebiliyor ve doktorlara epilepsi tedavisinde yararlı olan nöbet odaklarının yerini belirleme gibi ayrıntılı bilgiler sağlayabiliyor. Nöbetleri hızlı ve doğru bir şekilde tespit etme yeteneği, nöbetlerin hızlı tedavisini teşvik edebilir.
Yetenekli nörofizyologlar sinir sinyallerini görsel olarak inceler ve epilepsiyi tespit eder. Tek kanallı sinyallerin yanı sıra, uzay-zamansal veriler gibi diğer bağlamsal bilgiler, nörofizyologların mutasyonları tanımlaması için hayati önem taşır. Şu anda, epileptik nöbetler, makine öğrenimi algoritmaları kullanılarak gizli özellikler çıkarılarak EEG veya ECoG sinyallerinden tespit edilebilir ve tahmin edilebilir.
BMI teknolojisi devrim niteliğinde bir inme tedavisi sunar. Son araştırmalar, BMI’nin hem üst hem de alt ekstremite hareketini geri getirme potansiyeline sahip olduğunu ve kollara uzanma ve kavramadan iki ayaklı hareket ve dengeye kadar bir dizi motor görevi sağlama potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, ICMS veya optogenetik stimülasyon yoluyla yapay somatosensoriyel geri bildirim ile VKİ’yi iyileştirmek mümkündür. Multidisipliner BMI araştırmasının, inme hastalarına tam temel motor fonksiyonlarını geri kazandırmayı amaçlayan tüm vücut nöroprostetik cihazlarının oluşturulmasına yol açacağına inanılmaktadır.
kaynak:
https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/neuroprosthetics
https://www.worldscientific.com/worldscibooks/10.1142/4987
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]