V Laboratoriju za sistemsko programsko opremo mariborske Fakultete za elektrotehniko, računalništvo in informatiko (FERI) so začeli izvajati projekt HybridNeuro, ki nam med drugim nudi tudi vpogled v prihodnost neinvazivnih vmesnikov mišice-stroj in možgani-stroj, ki jih namestimo na površino kože in se s tem izognemo posegu v telo. Za operativno izvajanje projekta, v katerem sodelujejo Univerza Chalmers iz Švedske, Politehnika Universitat Politècnica de Catalunya, Imperial College London, vodi ga FERI, je financiranje potrdila Evropska Komisija iz okvirnega programa EU za raziskave in inovacije, Obzorje Evropa (št. pogodbe 101079392) .

Dva nivoja

Že ime projekta nakazuje, da gre za vmesnike človek – stroj, in sicer na dveh nivojih. Ko merimo aktivnost mišic, govorimo o vmesniku mišice – stroj, ko merimo aktivnost možganov, je to vmesnik možgani – stroj. Najpomembneje pri vsem tem je, da gre popolnoma za neinvazivne vmesnike, s katerimi merijo zgolj na površini kože. Vodja laboratorija dr. Aleš Holobar pravi, da združujejo oba vmesnika v celoti in skušajo najti novo pot za dva namena. En namen je, da bi izboljšali rehabilitacijo, na primer po možganski kapi, drug velik cilj pa je, da bi na zdravi populaciji preučili možnost dopolnjevanja gibanja.

Tretja roka

“Če plastično razložim, to pomeni, da bi imeli na sebi tretjo roko in bi z njo še lahko upravljali. Ni nujno, da je ta tretja roka v fizični obliki, lahko gre za komunikacijski kanal, preko katerega na primer komunicirate z mobitelom. Predstavljajte si, da na letališču vlečete kovček in je vaša fizična roka zasedena. V roki je več mišic, ki jih lahko medtem upravljate in te mišice vam dajo dodatne komunikacijske možnosti. Medtem ko je vaša roka zasedena, bi lahko zraven pisali še sms ali elektronsko pošto. Naravni gib torej lahko dopolnite z dodatno funkcionalnostjo. Drug primer je, ko želite med smučanjem, ko nosite rokavice, upravljati na primer s kamero, ki snema vaše smučanje. Primerov uporabe dodatne funkcionalnosti, ki jih nudita zajem in analiza električne aktivnosti mišic je res veliko,” o preučevanju dodatnih komunikacijskih kanalov in kaj vse je možno govori Holobar.

Gre za neivazivno metodo. “Na kožo nalepimo površinske elektrode in izziv je, kako informacijo, ki jo posnamete, dekodirati na nivo posameznih živčnih kod. Tu večkrat uporabim analogijo pevskega zbora. Naše mišice so sestavljene iz mišičnih vlaken in posamezna vlakna se združujejo v večje enote, ki jim pravimo motorične enote. Nekje 500 jih je na posamezno skeletno mišico in so male, srednje ali velike, tako kot da bi imel pevski zbor otroški del, pa ženski in moški del, torej kot da bi imeli velik mešan pevski zbor. In ta pevski zbor 500 pevcev poje eno pesem. Ta pesem upravlja mišico in lahko jo zajamemo invazivno; elektrodo zapičimo v mišico in to je tako, kot da bi mikrofon pozicionirali pred usta posameznega pevca.”

Brez pikanja

Lahko bi torej slišali kaj posamezen pevec poje, ampak mikrofon je zelo selektiven. Ko zabodeš iglo v mišico, slišiš enega, mogoče dva pevca, ne slišiš pa, kaj pojejo ostali. “Nevrologi izvlečejo iglo in jo ponovno vstavijo. In nato večkrat na podlagi dveh, treh pevcev testirajo, kakšna je pesem pevskega zbora. To je trenutno stanje tehnike v nevrologiji. Mi to merimo na površini kože. To je tako, kot da bi pesem zbora poslušali skozi 40 centimetrov debelo betonsko steno. Slišali boste celoten zbor, stena bo malce zadušila pesem in težko bo sklepati o petju posameznika. Specializirali smo se v razvoju algoritmov, ki znajo to zborovsko pesem razstaviti na pesmi posameznika. Slišimo velik del zbora in znamo razstaviti pesem. Zato lahko veliko bolje opazujemo, kaj se v mišici dogaja, kot pa je to mogoče s selektivnim mikrofonom, ko vam z iglo preiskujejo mišice.”

Težko si je tudi predstavljati, da bi se vsak dan zbadali z iglo in opazovali, kaj se dogaja. “Če rečem, da si nalepite nek pametni tatu ali oblečete rokav, ki ima vgrajene elektrode, boste rekli, da ni invazivno kot igla. Na ta nemoteč način lahko vsak dan ali vsak teden pridobite informacij o delovanju mišic. To informacijo lahko uporabite na primer za individualizirano ocenjevanje hitrosti staranja mišic ali pa v preventivne namene, na primer za preprečevanje poškodb. Z Japonskimi raziskovalci z Univerze Chukyo v Nagoyi gledamo, kako se mišice starajo zaradi prehranjevalnih navad. Na primer, kako različni ribji proteini vplivajo na staranje mišic in na lastnosti živčnih kod.”

Vodilni na svetu

To tehnologijo so uporabljali tudi že pri novorojenčkih. “Predstavljajte si, da morate novorojenčka, ki trpi zaradi cerebralne paralize, redno zbadati, da raziščete, kakšno je njegovo stanje. Če lahko to merite na površini kože, si lahko privoščite bolj pogoste meritve. Lahko spremljate njegov razvoj v času in iz tega napovedujete, kaj bo sledilo;” o prednostih vmesnikov mišice – stroj navaja Aleš Holobar in dodaja, da so na tem področju na FERI eni od vodilnih raziskovalcev na svetu.

V projektu HybridNeuro se povezujejo z vodilnimi strokovnjaki za vmesnike možgani – stroj, saj želijo narediti preboj na področju rehabilitacijskih tehnologij – v smislu, kaj se splača in kako meriti uspešnost rehabilitacije. “Za uspešno rehabilitacijo je pomembno usklajeno delovanje možganov in mišic in v projektu HybridNeuro raziskujemo, kako lahko informacije, ki jih merimo v možganih, združimo z informacijami, ki jih merimo v mišicah, oboje pa uporabimo za izboljšanje rehabilitacije na eni in obogatitve gibanja na drugi strani,” pojasni Holobar.

Koliko pozornosti imamo

Lahko torej z vmesniki merijo tudi funkcionalnost možganov, na primer, če nam je nekaj všeč ali ne? Lahko. “Gre pa za drug del možganov kot pri gibanju. Možgani na primer električno odreagirajo na dražljaj, ki ga merjena oseba pričakuje oziroma želi. Povedano zelo poenostavljeno, če ste v pričakovanju, da boste nekaj videli in se to potem dejansko zgodi, možgani odreagirajo. Večkrat se pošalim, da bi lahko sproti meril, kako vestno študentje poslušajo moja predavanja. Če bi dali elektrodo na lasišče, bi lahko merili, v katerem valovanju so možgani in iz tega lahko sklepali, koliko pozornosti neka oseba namenja neki snovi. Ali je zasanjana in je frekvenca možganskih električnih valov nizka ali pa res intenzivno sledi in je frekvenca možganskih valov višja. To prehajanje iz nižje v višjo frekvenco valovanja in nazaj se da lepo meriti na površini lasišča,” sklene Aleš Holobar.