Восстановить движение конечности можно с помощью простой линейной модели
Учёные из МФТИ разработали модель прогнозирования траектории движения руки на основе сигналов, снимаемых с поверхности коры головного мозга. При этом используются линейные модели. По сравнению с нейросетевыми моделями, они требуют от процессора меньших объёмов памяти и вычислений. Это даёт возможность совместить процессор с датчиком и расположить его в черепной коробке. Упрощение модели без потери точности прогноза позволяет оперативно реагировать на изменение сигналов мозга. Такой шаг приближает возможность создания полноценного экзоскелета для потерявших возможность самостоятельно передвигаться людей. Работа опубликована в Expert Systems with Applications, ведущем журнале в области искусственного интеллекта.
При повреждении спинного мозга сигналы головного мозга, управляющие движением конечностей, не доходят до мышц. Человек теряет возможность самостоятельно двигаться. В таком случае требуется снимать сигналы головного мозга, декодировать их, прогнозируя движение конечностей, и передавать управление на экзоскелет. Для лучшего качества снимаемого сигнала считывающий датчик устанавливается непосредственно на поверхность коры головного мозга.
В ходе хирургической операции на поверхность моторной зоны коры головного мозга установили считывающий датчик c электродами. Он питается от компактной батарейки c беспроводной зарядкой. В нём есть процессор, обрабатывающий сигналы датчика, и радиопередатчик, передающий результаты обработки. Устройство нагревается в процессе работы, что становится ощутимой проблемой, когда оно находится на поверхности головного мозга. Появляется ограничение на вычислительную мощность устройства.
Рисунок: эксперимент, в котором пациенты перемещали три блока вдоль граней квадрата 25 см × 25 см один за другим (Nakanishi, 2013). Дизайнер — Lion_on_helium, пресс-служба МФТИ
Но мало получать адекватные сигналы головного мозга. Нужно научить искусственные конечности выполнять соответствующие этим сигналам действия. Для этого необходимо восстановить ожидаемые движения конечностей по сигналам электрокортикограммы. В этом и заключается цель обработки сигналов. Группа Вадима Стрижова из МФТИ занимается прогнозированием траектории движения руки по электрокортикограмме. Решение этой задачи необходимо для создания экзоскелета для потерявших способность передвигаться пациентов. Для управления экзоскелетом человеку нужно представлять себе естественное движение своих конечностей.
«Двигаясь и получая отклики от окружающей среды, человек учится. Структура его мозга изменяется. Появляются новые связи, модель устаревает. Мы должны предложить такую модель, которая изменяет свою структуру согласно изменениям структуры головного мозга. Это нетривиальная задача, мы работаем над её решением», — делится планами Вадим Стрижов.
Подробнее — здесь.