Cách hoạt động của xe lăn kiểm soát tư tưởng

Liệt tứ chi hoàn toàn: Theo nhiều cách, đây là chẩn đoán y khoa tồi tệ nhất có thể xảy ra, không tránh khỏi nguy cơ tử vong sắp xảy ra. Liệt toàn bộ cơ thể từ cổ trở xuống có thể do chấn thương tủy sống hoặc các bệnh như chứng xơ cứng teo cơ bên (còn được gọi là bệnh Lou Gehrig). Những người khác biệt trở nên hoàn toàn phụ thuộc vào người khác, nhưng họ thường cảm thấy bị cô lập vì mất khả năng nói chuyện. Hầu hết chúng ta đều coi thường khả năng đi bộ từ phòng này sang phòng khác, nhưng đối với những người khuyết tật nặng, ngay cả hành động phổ biến này cũng cần sự hỗ trợ của người khác.

Sau đó, hãy tưởng tượng rằng một người bị liệt hoàn toàn có thể điều khiển một chiếc xe lăn có động cơ chỉ bằng cách nghĩ về nó. Bằng cách bỏ qua các dây thần kinh bị tổn thương , một thiết bị như vậy có thể mở ra nhiều cánh cửa để độc lập cho người khuyết tật. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét một công ty đang làm việc để biến điều đó thành hiện thực. Chúng tôi cũng sẽ tìm hiểu cách mà công nghệ tương tự có thể khôi phục giọng nói cho những người không thể nói chuyện.

Bất cứ khi nào bạn thực hiện một hành động thể chất, các tế bào thần kinh trong não của bạn sẽ tạo ra các tín hiệu điện nhỏ . Những tín hiệu này di chuyển từ não và đi dọc theo sợi trục và đuôi gai, đi qua hệ thần kinh của bạn. Khi chúng đến đúng khu vực của cơ thể, các tế bào thần kinh vận động sẽ kích hoạt các cơ cần thiết để hoàn thành hành động.

Hầu hết mọi tín hiệu đều đi qua bó dây thần kinh bên trong tủy sống trước khi chuyển đến các bộ phận khác của cơ thể. Khi tủy sống bị tổn thương nghiêm trọng hoặc bị cắt, hệ thống thần kinh bị đứt gãy sẽ ngăn cản các tín hiệu đến được nơi cần thiết. Trong trường hợp mắc bệnh thần kinh cơ, các tế bào thần kinh vận động ngừng hoạt động - các tín hiệu vẫn được gửi đi, nhưng không có cách nào để cơ thể chuyển chúng thành hoạt động cơ thực sự.

Làm thế nào chúng ta có thể giải quyết vấn đề của một hệ thống thần kinh bị lỗi? Một cách là chặn các tín hiệu từ não trước khi chúng bị gián đoạn do đứt gãy tủy sống hoặc các tế bào thần kinh bị thoái hóa. Đây là giải pháp mà xe lăn điều khiển bằng suy nghĩ sẽ đưa vào sử dụng.

­ ­ ­

Xe lăn của Stephen Hawking

Nhà vật lý Stephen Hawking mắc chứng bệnh xơ cứng teo cơ một bên. Hawking bị liệt gần như hoàn toàn nhưng vẫn có đủ khả năng kiểm soát cơ bắp để có thể nhấn nút bằng tay phải. Màn hình máy tính hiển thị một loạt biểu tượng cho phép điều khiển xe lăn, cửa ra vào và các thiết bị trong nhà của anh ta. Anh ta có thể chọn các mục trên màn hình bằng cách nhấn nút khi con trỏ di chuyển qua khu vực chính xác của màn hình.

­

Hawking cũng nói một cách tương tự. Màn hình hiển thị bảng chữ cái, với một con trỏ di chuyển qua bảng chữ cái. Anh ta nhấn nút ở chữ cái thích hợp. Sau khi đã xây dựng một câu hoàn chỉnh, anh ta có thể gửi văn bản tới bộ tổng hợp giọng nói được tích hợp sẵn trên ghế của mình [nguồn: Giáo sư Stephen Hawking ]. Khả năng cử động một ngón tay trên bàn tay phải của Hawking phân biệt anh ta với nhiều nạn nhân khác của bệnh tê liệt hoặc bệnh tật, những người hoàn toàn không thể giao tiếp hoặc tương tác với các hệ thống điều khiển.

Michael Callahan và Thomas Coleman thành lập Ambient, công ty phát triển và tiếp thị hệ thống Audeo. Audeo ban đầu được hình dung như một cách để những người khuyết tật nặng giao tiếp, nhưng Ambient đã mở rộng hệ thống điều khiển để bao gồm khả năng điều khiển xe lăn hoặc tương tác với máy tính .

Audeo dựa trên ý tưởng rằng các tín hiệu thần kinh được gửi từ não đến vùng cổ họng để bắt đầu lời nói vẫn đến đó ngay cả khi tủy sống bị tổn thương hoặc các tế bào thần kinh vận động và cơ trong cổ họng không còn hoạt động bình thường. Vì vậy, ngay cả khi bạn không thể hình thành các từ dễ hiểu, các tín hiệu thần kinh đại diện cho bài phát biểu dự định vẫn tồn tại. Đây được gọi là bài phát biểu phụ . Mọi người thực hiện bài phát biểu dưới tiêu điểm - nếu bạn nghĩ một từ hoặc câu mà không nói thành tiếng, não của bạn vẫn gửi tín hiệu đến miệng và cổ họng của bạn.

Một bộ thu nhẹ trên cổ của đối tượng (một dãy cảm biến nhỏ được gắn gần khu vực quả táo của Adam) chặn các tín hiệu này. Nó hoạt động giống như một điện não đồ , một thiết bị có thể nhận các tín hiệu thần kinh khi được đặt trên da đầu của đối tượng. Audeo nhận được các tín hiệu liên quan đến giọng nói cụ thể vì nó được đặt trực tiếp trên vùng cổ và họng. Các cảm biến trong máy thu phát hiện các điện thế nhỏ thể hiện hoạt động thần kinh. Sau đó, nó mã hóa các tín hiệu đó trước khi gửi chúng không dây đến máy tính. Máy tính xử lý các tín hiệu và diễn giải những gì người dùng định nói hoặc làm. Sau đó, máy tính sẽ gửi tín hiệu lệnh đến xe lăn hoặc bộ xử lý giọng nói.

Đây là một ví dụ về hệ thống Audeo đang hoạt động: Bạn muốn nói, "Xin chào, bạn có khỏe không?" và nói thầm điều đó trong tâm trí bạn. Bộ não của bạn gửi tín hiệu đến các tế bào thần kinh vận động trong miệng và cổ họng của bạn. Các tín hiệu giống như các tín hiệu sẽ được gửi đi nếu bạn thực sự nói to. Bộ thu Audeo được đặt trên cổ họng của bạn sẽ ghi lại các tín hiệu và gửi chúng đến máy tính. Máy tính biết các tín hiệu cho các từ và âm vị khác nhau (các đơn vị nhỏ của giọng nói), vì vậy nó sẽ diễn giải các tín hiệu và xử lý chúng thành một câu. Nó hoạt động giống như phần mềm nhận dạng giọng nói . Máy tính kết thúc quá trình bằng cách gửi tín hiệu điện tử đến một bộ loa. Những người nói sau đó "nói" cụm từ.

Nếu bạn muốn điều khiển xe lăn, quá trình này cũng tương tự, ngoại trừ việc bạn học một số cụm từ tiêu điểm nhất định mà máy tính hiểu là lệnh điều khiển chứ không phải là lời nói. Người dùng nghĩ "về phía trước" và Audeo xử lý tín hiệu như một lệnh để di chuyển xe lăn về phía trước.

Audeo sử dụng bộ điều khiển CompactRIO của National Instruments để thu thập dữ liệu từ các cảm biến. Phần mềm nhúng được gọi là LabVIEW sau đó sẽ xử lý các con số và chuyển đổi tín hiệu thành các chức năng điều khiển, chẳng hạn như các từ tổng hợp hoặc điều khiển xe lăn. Ambient đã phát triển khía cạnh giao tiếp của Audeo đến mức người dùng có thể tạo ra giọng nói liên tục, thay vì nói từng từ một [nguồn: Ambient ].

NASA đang phát triển khả năng điều khiển dưới tiêu điểm để các phi hành gia sử dụng tiềm năng. Các phi hành gia trên các chuyến du hành vũ trụ hoặc trong Trạm Vũ trụ Quốc tế làm việc trong môi trường ồn ào, làm những công việc thường không rảnh tay để điều khiển các hệ thống máy tính . Các chương trình nhận dạng giọng nói không hoạt động tốt trong những trường hợp này vì tất cả tiếng ồn xung quanh khiến khẩu lệnh khó diễn giải. NASA hy vọng việc sử dụng các tín hiệu dưới tiêu điểm sẽ giải quyết được vấn đề này.

Mặc dù hệ thống của NASA cũng có thể cực kỳ hữu ích cho những người khuyết tật, nhưng nó có các ứng dụng khác, bao gồm khả năng nói im lặng trên điện thoại di động và sử dụng trong các hoạt động quân sự hoặc an ninh nơi việc nói to sẽ gây khó chịu.

Hệ thống subvocal của NASA yêu cầu hai cảm biến gắn vào cổ của người dùng và hệ thống này phải được đào tạo để nhận dạng các mẫu giọng nói subvocal của một người dùng cụ thể. Mất khoảng một giờ làm việc để luyện từ 6 đến 10 từ, và hệ thống tính đến năm 2006 chỉ giới hạn ở 25 từ và 38 âm vị [nguồn: TFOT ].

Trong một thử nghiệm ban đầu, hệ thống của NASA đã đạt được độ chính xác cao hơn 90% sau khi "huấn luyện" phần mềm. Hệ thống đã điều khiển trình duyệt Web và thực hiện tìm kiếm trên Google cho cụm từ "NASA" [nguồn: NASA ].

­

Khi nào chúng sẽ có sẵn?

Bạn sẽ không tìm thấy xe lăn điều khiển bằng suy nghĩ hoặc các thiết bị khác tại cửa hàng điện tử địa phương của bạn - chưa. Ambient có cách để người dùng tiềm năng liên hệ với công ty, nhưng không có thông tin về giá cả hoặc tình trạng còn hàng (Ambient không phản hồi yêu cầu cung cấp thông tin).

Trong một cuộc phỏng vấn với trang web "Tương lai của vạn vật", Tiến sĩ Chuck Jorgensen, nhà khoa học trưởng về kỹ thuật thần kinh tại Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA, đã tuyên bố rằng các ứng dụng thương mại của công nghệ điều khiển dưới vật thể sẽ kéo dài từ hai đến bốn năm trong tương lai [nguồn: TFOT ] .

Để tìm hiểu thêm về xe lăn điều khiển bằng suy nghĩ và bài phát biểu dưới tiêu điểm, hãy xem các liên kết trên trang tiếp theo.

Sự lựa chọn khác

Đối với những bệnh nhân bị liệt, những người vẫn còn cử động được đầu và cổ, có những lựa chọn khác để điều khiển xe lăn. Hầu hết chúng liên quan đến việc đẩy hoặc quay đầu, hoặc di chuyển vai. Tuy nhiên, những người bị liệt nặng nhất không thể sử dụng các cơ chế kiểm soát này.

Các giải pháp phát hiện chuyển động của mắt hoặc khuôn mặt cung cấp một số khả năng kiểm soát, mặc dù không phải không có nhược điểm. Cảm biến gắn mắt kính có thể phát hiện chuyển động của má. Thao tác này có thể được sử dụng giống như cách nhấp vào chuột máy tính - người dùng nâng má lên khi con trỏ trên màn hình máy tính lướt qua chức năng hoặc ký tự chính xác. Các hệ thống khác phát hiện chuyển động của mắt để có một bộ lệnh mạnh mẽ hơn. Ví dụ, di chuyển mắt sang bên phải sẽ báo hiệu một chiếc xe lăn để rẽ phải. Tuy nhiên, các hệ thống này yêu cầu người dùng có kỷ luật vì chúng có xu hướng giải thích các chuyển động mắt thường xuyên cho các chuyển động mắt "ra lệnh".

Nhà phát triển người Thụy Điển Tobii Technology đang tạo ra một hệ thống có thể phát hiện chính xác những gì đôi mắt đang nhìn. Thay vì đợi con trỏ di chuyển, người dùng chỉ cần nhìn vào màn hình máy tính. Nhìn vào các biểu tượng khác nhau cho phép giao tiếp và thậm chí chơi trò chơi [nguồn: Tobii ].

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn