วิธีการทำงานของรถเข็นคนพิการที่ควบคุมด้วยความคิด

บาดทะยักสมบูรณ์: ในหลาย ๆ ด้าน เป็นการวินิจฉัยทางการแพทย์ที่แย่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ไม่ถึงขั้นเสียชีวิต อัมพาตทางกายภาพทั้งหมดตั้งแต่คอลงมาอาจเป็นผลมาจากการบาดเจ็บของไขสันหลังหรือโรคต่างๆ เช่น โรคเส้นโลหิตตีบด้านข้าง Amyotrophic (หรือที่เรียกว่าโรคของ Lou Gehrig) ผู้ประสบภัยพึ่งพาผู้อื่นโดยสิ้นเชิง แต่พวกเขามักจะรู้สึกโดดเดี่ยวเพราะพวกเขาสูญเสียความสามารถในการพูด พวกเราส่วนใหญ่มองว่าสามารถเดินจากห้องหนึ่งไปอีกห้องหนึ่งได้ แต่สำหรับผู้พิการขั้นรุนแรง การกระทำทั่วไปนี้ก็ยังต้องการความช่วยเหลือจากคนอื่น

ถ้า​อย่าง​นั้น ลอง​นึก​ภาพ​ว่า​คน​ที่​เป็น​อัมพาต​ทั้ง​หมด​จะ​ควบคุม​รถวีลแชร์​แบบ​มี​มอเตอร์​ได้​โดย​แค่​คิด​ถึง​เรื่อง​นั้น. โดยผ่าน เส้นประสาท ที่ เสียหายอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถเปิดประตูสู่อิสรภาพสำหรับผู้พิการได้มากมาย ในบทความนี้ เราจะตรวจสอบบริษัทที่กำลังดำเนินการเพื่อทำให้ "ถ้า" เป็นจริง นอกจากนี้เรายังจะค้นหาว่าเทคโนโลยีเดียวกันสามารถคืนค่าคำพูดให้กับคนที่ไม่สามารถพูดได้อย่างไร

เมื่อใดก็ตามที่คุณทำการเคลื่อนไหวร่างกาย เซลล์ประสาทในสมอง ของคุณจะสร้าง สัญญาณไฟฟ้า ใน นาที ที่ สัญญาณเหล่านี้เคลื่อนจากสมองและเดินทางไปตามซอนและเดนไดรต์ ผ่านระบบประสาทของคุณ เมื่อพวกมันไปถึงบริเวณที่เหมาะสมของร่างกาย เซลล์ประสาทสั่งการจะกระตุ้นกล้ามเนื้อที่ จำเป็น เพื่อทำให้การกระทำนั้นสมบูรณ์

เกือบทุกสัญญาณจะผ่านมัดของเส้นประสาทในไขสันหลังก่อนจะเคลื่อนไปยังส่วนอื่นๆ ของร่างกาย เมื่อไขสันหลังได้รับความเสียหายหรือถูกตัดอย่างรุนแรง การแตกของระบบประสาทจะป้องกันไม่ให้สัญญาณไปถึงตำแหน่งที่ต้องการ ในกรณีของโรคประสาทและกล้ามเนื้อ เซลล์ประสาทสั่งการหยุดทำงาน -- สัญญาณยังคงถูกส่งไป แต่ไม่มีทางที่ร่างกายจะแปลงสัญญาณเหล่านั้นไปสู่การทำงานของกล้ามเนื้อได้จริง

เราจะแก้ปัญหาระบบประสาทที่ผิดพลาดได้อย่างไร? วิธีหนึ่งคือการสกัดกั้นสัญญาณจากสมองก่อนที่จะถูกขัดจังหวะด้วยเส้นประสาทไขสันหลังแตกหรือเซลล์ประสาทที่เสื่อมโทรม นี่คือวิธีแก้ปัญหาที่รถเข็นที่ควบคุมด้วยความคิดจะนำไปใช้

­ ­ ­

รถเข็นคนพิการของ Stephen Hawking

นักฟิสิกส์ Stephen Hawking ป่วยด้วยโรคเส้นโลหิตตีบด้านข้าง Amyotrophic ฮอว์คิงเกือบจะเป็นอัมพาตอย่างสมบูรณ์ แต่ยังคงควบคุมกล้ามเนื้อได้มากพอที่จะทำให้เขากดปุ่มด้วยมือขวาได้ หน้า จอ คอมพิวเตอร์แสดงชุดไอคอนที่ช่วยให้สามารถควบคุมรถเข็น ประตู และเครื่องใช้ในบ้านของเขาได้ เขาสามารถเลือกรายการบนหน้าจอได้โดยการกดปุ่มเมื่อเคอร์เซอร์เคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่ถูกต้องของหน้าจอ

­

ฮอว์คิงพูดในลักษณะเดียวกัน หน้าจอจะแสดงตัวอักษร โดยมีเคอร์เซอร์อยู่เหนือตัวอักษร เขากดปุ่มที่ตัวอักษรที่เหมาะสม เมื่อเขาสร้างประโยคที่สมบูรณ์แล้ว เขาสามารถส่งข้อความไปยังเครื่องสังเคราะห์เสียงที่ติดตั้งในเก้าอี้ของเขาได้ [ที่มา: ศาสตราจารย์ Stephen Hawking ] ความสามารถของ Hawking ในการขยับนิ้วบนมือขวาทำให้เขาแตกต่างจากผู้ที่ตกเป็นเหยื่ออัมพาตหรือโรคอื่นๆ อีกหลายคน ซึ่งไม่สามารถสื่อสารหรือโต้ตอบกับระบบควบคุมได้เลย

Michael Callahan และ Thomas Coleman ได้ก่อตั้ง Ambient ซึ่งเป็นบริษัทที่พัฒนาและทำการตลาดระบบ Audeo ในขั้นต้น Audeo ถูกมองว่าเป็นวิธีการสื่อสารสำหรับผู้พิการขั้นรุนแรง แต่ Ambient ได้ขยายระบบควบคุมเพื่อรวมความสามารถในการควบคุมรถเข็นหรือโต้ตอบกับคอมพิวเตอร์

Audeo มีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ว่าสัญญาณทางระบบประสาทที่ส่งจากสมองไปยังบริเวณลำคอเพื่อเริ่มพูดจะยังคงไปถึงที่นั่นแม้ว่าไขสันหลังจะเสียหายหรือเซลล์ประสาทสั่งการและกล้ามเนื้อในลำคอทำงานไม่ถูกต้องอีกต่อไป ดังนั้น แม้ว่าคุณจะไม่สามารถสร้างคำที่เข้าใจได้ แต่ก็มีสัญญาณทางระบบประสาทที่แสดงถึงคำพูดที่ตั้งใจไว้ นี้เรียกว่า คำ พูดsubvocal ทุกคนใช้คำพูดใต้เสียง ถ้าคุณคิดคำหรือประโยคโดยไม่พูดออกมาดังๆ สมองของคุณยังคงส่งสัญญาณไปยังปากและลำคอของคุณ

ตัวรับน้ำหนักเบาที่คอของตัวแบบ (ชุดเซ็นเซอร์ขนาดเล็กที่ติดอยู่ใกล้บริเวณแอปเปิลของอดัม) จะสกัดกั้นสัญญาณเหล่านี้ มันทำงานเหมือนกับคลื่นไฟฟ้าสมองซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถรับสัญญาณทางระบบประสาทเมื่อวางไว้บนหนังศีรษะของอาสา สมัคร Audeo รับสัญญาณเกี่ยวกับคำพูดที่เฉพาะเจาะจงเนื่องจากวางโดยตรงที่บริเวณคอและลำคอ เซ็นเซอร์ในเครื่องรับจะตรวจจับศักย์ไฟฟ้า ขนาดเล็ก ที่แสดงถึงกิจกรรมทางระบบประสาท จากนั้นจะเข้ารหัสสัญญาณเหล่านั้นก่อนที่จะส่งสัญญาณแบบไร้สายไปยังคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์ประมวลผลสัญญาณและตีความสิ่งที่ผู้ใช้ตั้งใจจะพูดหรือทำ คอมพิวเตอร์จะส่งสัญญาณคำสั่งไปยังเก้าอี้รถเข็นหรือเครื่องประมวลผลเสียง

นี่คือตัวอย่างการทำงานของระบบ Audeo: คุณต้องการพูดว่า "สวัสดี สบายดีไหม" และพูดในใจของคุณอย่างเงียบ ๆ สมองของคุณจะส่งสัญญาณไปยังเซลล์ประสาทสั่งการในปากและลำคอของคุณ สัญญาณจะเหมือนกับสัญญาณที่จะถูกส่งหากคุณพูดออกมาดังๆ จริงๆ เครื่องรับ Audeo ที่วางอยู่บนคอของคุณจะบันทึกสัญญาณและส่งสัญญาณไปยังคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์รู้สัญญาณของคำและหน่วยเสียงต่างๆ (หน่วยคำพูดขนาดเล็ก) ดังนั้นจึงตีความสัญญาณและประมวลผลเป็นประโยค มันทำงานในลักษณะเดียวกับซอฟต์แวร์จดจำเสียง คอมพิวเตอร์เสร็จสิ้นกระบวนการโดยส่งสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ไปยังชุดลำโพง ผู้พูดจึง "พูด" วลีนั้น

If you want to control a wheelchair, the process is similar, except you learn certain subvocal phrases that the computer interprets as control commands rather than spoken words. The user thinks, "forward," and the Audeo processes that signal as a command to move the wheelchair forward.

Audeo uses a National Instruments CompactRIO controller to collect the data coming from the sensors. Embedded software known as LabVIEW then crunches the numbers and converts the signals into control functions, such as synthesized words or wheelchair controls. Ambient has developed the communication aspect of Audeo to the point that users can create continuous speech, rather than speaking on word at a time [source: Ambient].

NASA i­s developing subvocal control for potential use by astronauts. Astronauts on spacewalks or in the International Space Station work in noisy environments doing jobs that often don't leave their hands free to control computer systems. Voice-recognition programs don't work well in these situations because all the background noise makes voice commands difficult to interpret. NASA hopes the use of subvocal signals will circumvent this problem.

While NASA's system could also be extremely beneficial for disabled people, it has other applications in mind, including the ability to speak silently on a cell phone and uses in military or security operations where speaking out loud would be disruptive.

NASA's subvocal system requires two sensors attached to the user's neck, and the system has to be trained to recognize a particular user's subvocal speech patterns. It takes about an hour of work to train six to 10 words, and the system as of 2006 was limited to 25 words and 38 phonemes [source: TFOT].

In an early experiment, NASA's system achieved higher than 90 percent accuracy after "training" the software. The system controlled a Web browser and did a Google search for the term "NASA" [source: NASA].

­

When Will They Be Available?

You won't find thought-controlled wheelchairs or other devices at your local electronics store -- yet. Ambient has a way for potential users to contact the company, but no pricing or availability information was forthcoming (Ambient didn't respond to requests for information).

In an interview with the Web site "The Future of Things," Dr. Chuck Jorgensen, chief scientist for neuroengineering at NASA Ames Research Center, claimed that commercial applications of subvocal control technology were two to four years in the future [source: TFOT].

To learn more about thought-controlled wheelchairs and subvocal speech, check out the links on the next page.

Other Options

For paralyzed patients who retain some mobility of their head and neck, there are other options for controlling a wheelchair. Most of them involve pushing or turning the head, or moving the shoulders. However, those with the most severe kinds of paralysis can't use these control mechanisms.

Solutions that detect eye or face movement offer some control, though not without drawbacks. Eyeglass -mounted sensors can detect movement of the cheek. This can be used like clicking on a computer mouse -- the user raises the cheek when a cursor on a computer screen passes over the correct function or letter. Other systems detect eye movements for a more robust set of commands. Moving the eyes to the right would signal a wheelchair to turn right, for example. However, these systems require a disciplined user because they tend to interpret regular eye movements for "command" eye movements.

Swedish developer Tobii Technology is creating a system that detects exactly what the eyes are looking at. Instead of waiting for a moving cursor, the user just looks at a computer screen. Looking at various icons allows for communication and even game playing [source: Tobii].

Related Articles

More Great Links