Το Έργο

Πεδίο εφαρμογής

Μια πληθώρα νευρολογικών παθήσεων μπορούν να οδηγήσουν σε παράλυση βαριάς μορφής, οι οποίες, πέραν των τραυματισμών της σπονδυλικής στήλης που έχουν προκληθεί από κάποιο ατύχημα, περιλαμβάνουν το εγκεφαλικό, την εγκεφαλίτιδα, αλλά και τις νευροεκφυλιστικές ασθένειες των κινητικών νευρώνων, όπως η Αμυοτροφική Πλευρική Σκλήρυνση στην οποία ο ασθενής σταδιακά χάνει τον έλεγχο των μυών του και, κατ’ επέκταση, την ικανότητά του να επικοινωνεί. Μια ειδική κατηγορία νευρομυϊκής παράλυσης είναι το τυπικό σύνδρομο εγκλεισμού, κατά το οποίο οι ασθενείς έχουν διατηρήσει την ικανότητα σκέψης και συνείδησης, αλλά έχουν πλήρη παράλυση με ελάχιστη εναπομείνασα μυϊκή δραστηριότητα, κυρίως στους μύες των ματιών και ίσως κάποιων δακτύλων, καθιστώντας τις απλές καθημερινές κινήσεις, όπως η περιήγηση στο σπίτι τους ή σε κάποιον εξωτερικό χώρο, ανέφικτες.

Το σύνδρομο εγκλεισμού (σύνδρομο locked-in) τις περισσότερες φορές προκύπτει από κάποια βλάβη στο εγκεφαλικό στέλεχος, με πιο συχνή αιτία το ισχαιμικό εγκεφαλικό και την εγκεφαλική βλάβη από κάποιο τραύμα (π.χ. από ατύχημα). Το ακριβές ποσοστό των ασθενών που πάσχουν από σύνδρομο εγκλεισμού δεν τεκμηριώνεται συγκεκριμένα στη βιβλιογραφία. Υπάρχουν όμως και επιπλέον ασθένειες που μπορούν να οδηγήσουν στο συγκεκριμένο σύνδρομο, χωρίς να υπάρχει απαραίτητα βλάβη του εγκεφαλικού στελέχους, π.χ. όγκοι, εγκεφαλίτιδα, χρόνιο σύνδρομο Guillain Barré και νευροεκφυλιστικές ασθένειες (σκλήρυνση κατά πλάκας/ αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση).

Αν και η συχνότητα των ασθενών που πάσχουν από το σύνδρομο εγκλεισμού είναι μικρή δεν υπάρχει κάποια αποδεδειγμένα αποδοτική θεραπεία. Οι ασθενείς μπορούν να περάσουν αρκετά χρόνια σε αυτήν την κατάσταση: το ποσοστό των ανθρώπων με σύνδρομο εγκλεισμού που το προσδόκιμο ζωής τους φτάνει τα 10 χρόνια πλησιάζει το 85%.

Δεδομένου ότι οι ασθενείς αυτοί διατηρούν τις νοητικές τους λειτουργίες ανεπηρέαστες, ο κινητικός τους περιορισμός και ο κοινωνικός αποκλεισμός συχνά οδηγεί σε κατάθλιψη και παραίτηση. Κατά συνέπεια, η παροχή ακόμα και ελάχιστων μέσων επικοινωνίας, ελέγχου και αυτονομίας μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα ζωής τόσο των ασθενών, όσο και των οικογενειών τους.

Στόχος

Στόχος αυτού του έργου είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος πλοήγησης ρομποτικού και αναπηρικού αμαξιδίου, που θα ελέγχεται από το χρήστη αποκλειστικά μέσω σημάτων εγκεφαλικής δραστηριότητας. Αποβλέπουμε σε ένα αξιόπιστο σύστημα, που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ικανοποιητικά από ασθενείς με βαριά παραπληγία ή σύνδρομο εγκλεισμού. Το σύστημα αυτό πρέπει να είναι οικονομικά προσιτό και εύκολο στη χρήση, ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί και να λειτουργήσει από έναν φροντιστή υγείας ή συνοδό, χωρίς την ανάγκη κάποιου εξειδικευμένου τεχνικού.

Πρωτοποριακή εφαρμογή μη επεμβατικών διεπαφών Εγκεφάλου-Υπολογιστή

Τα τελευταία χρόνια η επιστημονική κοινότητα έχει εστιάσει στη μελέτη και ανάπτυξη διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή (ΔΕΥ), δηλαδή καναλιών επικοινωνίας, τα οποία δε βασίζονται στα περιφερικά νεύρα ή τους μύες των οποίων οι ασθενείς έχουν χάσει τον έλεγχο. Οι διεπαφές αυτές χρησιμοποιούν σήματα ελέγχου που προέρχονται από την εγκεφαλική δραστηριότητα των χρηστών προκειμένου να μεταδώσουν τις προθέσεις τους σε εξωτερικές συσκευές, όπως υπολογιστές, συσκευές σύνθεσης ομιλίας, ρομποτικούς βραχίονες κ.α. Στόχος είναι ο αξιόπιστος έλεγχος αυτών των συσκευών από ασθενείς που δεν μπορούν να εξυπηρετηθούν με τις συνηθισμένες διεπαφές ανθρώπου  υπολογιστή λόγω εκτεταμένης απώλειας της μυϊκής δραστηριότητας (τετραπληγία, σύνδρομο εγκλεισμού).

Η ΔΕΥ αναπτύσσουμε στα πλαίσια του έργου i-AMA βασίζεται σε σήματα ελέγχου προερχόμενα από καταγραφή εγκεφαλογραφήματος. Το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) αποτελεί τη δημοφιλέστερη επιλογή σήματος σε τέτοιου είδους διεπαφές λόγω της μεγάλης χρονικής ανάλυσης που μπορεί να επιτύχει, γεγονός που επιτρέπει την επεξεργασία του σε πραγματικό χρόνο και, συνεπώς, την ανάπτυξη πρακτικών εφαρμογών. Επιπλέον, είναι μη παρεμβατικό, οικονομικότερο σε σχέση με άλλες απεικονιστικές μεθόδους βιοϊατρικών σημάτων, φορητό και εύκολο στην εφαρμογή του.

Τα βήματα επεξεργασίας της ΔΕΥ που καταγράφει εγκεφαλική δραστηριότητα μέσω ΗΕΓ βασίζεται στην χρήση Σωματαισθητικών Οπτικών Προκλητών δυναμικών και είναι η ακόλουθη:

• Ο χρήστης παρατηρεί συγκεκριμένα οπτικά ερεθίσματα μέσω της διεπαφής. Τα οπτικά αυτά ερεθίσματα παράγουν συγκεκριμένα εγκεφαλικά μοτίβα.
• Η εγκεφαλική δραστηριότητα του χρήστη καταγράφεται συνεχώς μέσω ηλεκτροεγκεφαλογράφου και τα σήματα που καταγράφονται αναλύονται σε πραγματικό χρόνο με στόχο την επιτυχή και αξιόπιστη ανίχνευση των ανωτέρω εγκεφαλικών μοτίβων. Η ανάλυση των σημάτων επιτυγχάνεται με τη χρήση εξειδικευμένων αλγορίθμων ανάλυσης σήματος.
• Τα αποτελέσματα της ανάλυσης μεταφράζονται σε εντολές ελέγχου μιας συσκευής (π.χ. εντολές κίνησης για το αναπηρικό αμαξίδιο), οι οποίες και μεταδίδονται ασύρματα στις συσκευές.
• Ο ίδιος ο επιτυχής έλεγχος των συσκευών αποτελεί την ανατροφοδότηση της διεπαφής προς το χρήστη, προκειμένου να μπορεί ο χρήστης να προσαρμόσει την πρόθεση εντολής, ανάλογα με το αποτέλεσμα που θέλει να επιτύχει.

Η ευφυΐα του συστήματος εδράζεται στην ανάπτυξη εξελιγμένων αλγορίθμων εξαγωγής συχνοτικής πληροφορίας, καθώς επίσης και στην υλοποίηση σύγχρονων τεχνικών μηχανικής μάθησης/ τεχνητής νοημοσύνης που επιτρέπουν την εξατομίκευση της διεπαφής στα εγκεφαλικά μοτίβα του κάθε ασθενή.

Οι εκτεταμένες δοκιμές και η εποικοδομητική σύνθεση της ομάδας εργασίας εξασφαλίζει την εφαρμογής της λύσης σε σύγχρονο εξοπλισμό και την δοκιμή της αξιοπιστίας αυτής σε ρεαλιστικό περιβάλλον από ασθενείς με νευρομυϊκή παράλυση.