Neuroprotézisek Darvas Lilla EPSEES

Fogalom Neuroprotézis –képes a kommunikációra az idegrendszerrel

Fajtái Művégtagok Hallási protézis Vizuális protézis Kognitív protézis Legelterjedtebb Cochleáris protézis Vizuális protézis Kognitív protézis

Kézprotézis Alapja: Környezet érzékelése -> információk továbbítása az agynak Agy – információk feldolgozása Utasítás küldése a protézisnek a feladatról és annak elvégzési módjáról Protézis végrehajtja a parancsot Újbóli visszacsatolás az agynak

Kar felépítése Mesterséges fogó és tapintófelület Művégtag váza és izomzata Mesterséges szinapszis és idegregenerációs technikák 3 dimenziós mozgáselemző és tervező rendszer

Mozgás Kisagy: Feladata a mozgáskoordináció → bonyolult és pontos mozgások kivitelezése - sejtjei a legérzékenyebbek az alkoholra Nagyagy – mozgatóműködés leszállópályákon át - felelős a pontos, finom mozgásokért, új mozgások tanulása, mozgások elindítója

Agy részei

Tapintás és érzékelés - bőrérzékelés: bőrben, izmokban, csontokban lévő receptorok → gerincvelői idegek → gv. felszálló pályái → agytörzs →talamusz (átkapcs. + átker.) → érzőmező (fali lebeny legelső barázdájába jut → érzet

Érzékelés Funkció: Erő, pozíció és méret, keménység érzékelése Általában helyzetérzékelőt, feszültségmérőt, valamint erőérzékelőt helyeznek el a kézen Nem terjed ki a teljes felületre – korlátozott érzékelés Kutatások zajlanak

Szenzorok

Tudomány állása külföldön Germánium és szilícium ötvözetből előállított elektronikus felület (bevonat polymer polydimethylsiloxane) nyomás hatására a korábban levegővel kitöltött részekbe belenyomódik a bevonó anyag – változik az ellenállás (olyan, mint a kondenzátor) széles tartományban érzékeli az erő nagyságát (akár 1kPa) hátrány-nem rugalmas

Magyar fejlesztés piramisegységekből álló rétegekből épül fel  oldallapok közötti érzékelők ellenállásváltozásaiból kiszámítható a mesterséges bőrt érő nyomás nagysága, iránya és időtartama

Irány határozás A nyomás irányától függően a három szenzor populációs működési mintázata eltérő: föntről érkező nyomás - érzékelők egyforma nagyságú és pozitív kitérésű jelet adnak oldalról érkező nyomás - a nyomási ponthoz közelebb fekvő oldalra az érzékelő(k) pozitív kitéréssel válaszolnak, míg az átellenes oldalon fekvő érzékelő(k)ben negatív kitérés adódik.

Kar felépítése - aktuátorok vezérlés EMG jelekkel (elektromiografikus) (ez nem gondolatvezérelt)– az izmok összehúzódásakor keletkeznek

Működés – nem gondolatvezérelt

Szabadsági fokok Általánosan csak két-három szabadsági fokkal rendelkeznek – nyitás-zárás, könyökmozgás Cél minél nagyobb szabadságfokú karok készítése – szükséges önállóan mozgatható ujjak, könyök, csukló Tervben 27 szabadságfokú kéz készítése

Neurális vezérlés előnyei Azonnali, valós idejű visszacsatolás Önjavítási képesség Képes a megváltozott körülményekhez alkalmazkodni Kapcsolat szervezet és kar között: Manapság elektródákon keresztül teremtünk kapcsolatot Ezt kerülné meg a mesterséges szinapszis – magyar fejlesztés http://www.youtube.com/watch?v=ppILwXwsMng

Mesterséges szinapszis A mesterséges szinapszis (rádiójelekkel kommunikál a művégtaggal), egy olyan felület, amelyhez a sérült idegekből kinövő idegrostok stabilan és tartósan tudnak kapcsolódni Olyan mátrix, amelyet 10-15 ezer apró cella alkot, és ezekkel a cellákkal a regenerálódó idegrostok 'valamilyen módon' kapcsolatba tudnak lépni

Mesterséges szinapszis  A cellákba véletlenszerűen benövő idegrostokat egyenként azonosítjuk, "felcímkézzük„ - ingerlésük milyen érzetet vált ki az agyban ↓ Tudjuk, melyik idegrostokat kell ahhoz ingerelni, hogy a műkézzel megfogott tárgy által a mesterséges bőrben kiváltott ingerületek olyan érzetet keltsenek az agyban, mintha saját kezünkkel fogtuk volna meg.

Gondolatvezérlés Nehézségei: Az idegek által küldött jelek lefordítása olyan digitális jelekké, amelyek pontosan meghatározzák a robotnak a mozgást Külföld: Megvalósult: kb. 100 hajszálvékony elektróda beültetésével az agy mozgásért felelős részébe, ezek mint felvevő eszközök működnek (rögzítik az agy által küldött impulzusokat) http://www.youtube.com/watch?v=ogBX18maUiM

Mozgáselemző és tervezőrendszer Az agy által küldött jelek átalakítása mozgáskoordinációs utasítássá A mozgás pályájának megtervezése az adott térben Szükséges: tér feltérképezése, megfelelő szabadságfokú robotkéz

Vizuális protézis Született vakoknak nem segít a nappali és az éjszakai látás alapvető egységei a rod és con receptorok – kor, örökletes működési veszteség vagy az élet során keletkezett sérülés miatt károsodhatnak Általában retinában, ahhoz közeli helyen keletkezik a károsodás

Látás szem ideghártyája (csapok, pálcikák) → II. agyideg → talamusznál lép be, részlegesen átkeresz. + átkapcs. → tarkólebeny (látókéteg) → látásérzet

Protézis Két fajtája van: Retina implantátum Kortikális implantátum Céljuk: olvasás, arc felismerés, tájékozódás új helyeken. Nem helyettesíti a valódi látást: színek, távolság, anyagok stb.

Retina implantátum egy mikrochippet ültetnek be a retina felületére, amelyet a feldolgozó neuronokhoz kapcsolnak. Az implantátumnak közvetlen kapcsolata van a ganglion sejtekkel → az elveszett cone és rod sejtektől várt bemenet pótolható

Kortikális implantátum Szilikon elektróda beültetése az agy feldolgozó területébe Elkerüli a retinális feldolgozó rendszert -> mesterséges képfeldolgozás igényelt Gyenge minőségű kép – technológia hiánya

Hallás

Hallási protézis halláskárosulás az elsődleges hallókortex előtt ⇒ hallóideg-stimulátorokkal → hallási érzetek http://www.youtube.com/watch?v=zeg4qTnYOpw

Köszönöm a figyelmet!

Források www.sirbuday.hu/rakoczi/biologia/agy.pdf http://www.psfk.com/2010/09/artificial-skin-enables-robots-to-touch-and-feel-objects.html http://www.origo.hu/tudomany/20100913-a-hajlekony-felvezeto-anyagbol-keszult-uj-mesterseges-bor-erzekeli-a.html http://www.nature.com http://www.cs.ubbcluj.ro/ http://drpalijeno.eu/ http://www.mathworks.com/company/newsletters/articles/developing-the-worlds-most-advanced-prosthetic-arm-using-model-based-design.html www.index.hu Wikipédia…stb.