Στόχος μας είναι η ανάπτυξη ενός αξιόπιστου συστήματος επικοινωνίας εγκεφάλου-υπολογιστή που θα παρέχει τη δυνατότητα σε ασθενείς που πάσχουν από νευρομυϊκή παράλυση να επανενταχθούν ως ένα βαθμό στην κοινωνική ζωή. Τα πολλαπλά ερεθίσματα που θα τους προσφέρει, αλλά και η νοητική ενασχόληση με αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικά για τη βελτίωση της ποιότητας ζωής και της ψυχικής τους κατάστασης. Μια πληθώρα νευρολογικών παθήσεων μπορούν να οδηγήσουν σε παράλυση βαριάς μορφής, ακόμα και σε τυπικό σύνδρομο εγκλεισμού, όπου οι ασθενείς έχουν διατηρήσει την ικανότητα σκέψης και συνείδησης, αλλά έχουν πλήρη παράλυση εκτός από κινήσεις των ματιών τους. Τέτοιες παθήσεις, πέραν των τραυματισμών της σπονδυλικής στήλης που έχουν προκληθεί από κάποιο ατύχημα, είναι το εγκεφαλικό, η εγκεφαλίτιδα, αλλά και οι 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. Στο σύνολό τους οι ασθενείς αυτοί αν και δύσκολο να εκτιμηθούν ποσοτικά αποτελούν ένα σημαντικό αριθμό, το 80% των οποίων έχουν πιθανότητα επιβίωσης που αγγίζει την δεκαετία. 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 και ελέγχου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα ζωής τόσο των ασθενών, όσο και των οικογενειών τους. Αυτή την ανάγκη καλούμαστε να καλύψουμε με την πρότασή μας, η οποία περιλαμβάνει το σχεδιασμό και υλοποίηση μιας ολοκληρωμένης διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή για την πλοήγηση ενός ρομποτικού αμαξιδίου, εφοδιασμένου με μια κάμερα, προκειμένου ένας ασθενής να μπορεί να ‘μεταφερθεί’ (εικονικά) σε απομακρυσμένα, και μη, περιβάλλοντα. Ο έλεγχος του αμαξιδίου βασίζεται αποκλειστικά σε εγκεφαλικά σήματα, τα οποία αναλύονται προκειμένου να μεταφράσουν την πρόθεση του χρήστη σε εντολή κίνησης, η οποία μεταδίδεται ασύρματα στο αμαξίδιο. Προκειμένου να εξασφαλίσουμε το χαμηλό κόστος του τελικού συστήματος, η πρόταση εστιάζει στην κατασκευή όλων των απαιτούμενων επιμέρους συστατικών και περιλαμβάνει την κατασκευή εγκεφαλογράφου χαμηλού κόστους, του ρομποτικού αμαξιδίου, την υλοποίηση της διεπαφής του χρήστη, του λογισμικού ανάλυσης των σημάτων και του πρωτοκόλλου ασύρματης επικοινωνίας. Επιπλέον, επεκτείνουμε την ίδια ιδέα προτείνοντας τον σχεδιασμό και την υλοποίηση δύο ακόμη συστημάτων: σύστημα πλοήγησης ενός αναπηρικού αμαξιδίου, αντί για το ρομποτικό αμαξίδιο, και σύστημα πλοήγησης σε 3Δ περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας, με τη χρήση μιας κάμερας 360°, η οποία θα μεταδίδει ζωντανά σε μία μάσκα εικονικής προβολής το πραγματικό περιβάλλον στο οποίο κινείται το ρομποτικό αμαξίδιο και αφορά αρχικά ασθενείς με μερικό σύνδρομο εγκλεισμού. Η υλοποίηση θα βασιστεί σε υπάρχουσα πειραματική διεπαφή, η οποία έχει υλοποιηθεί από το ΙΤΕ και έχει δοκιμαστεί και παρουσιαστεί επιτυχώς στο ευρύ κοινό. Η αποδεδειγμένη αποτελεσματικότητα του συστήματος σε συνάρτηση με το χαμηλό κόστος και την ευκολία της χρήσης θα εξασφαλίσουν την ανάπτυξη ενός καινοτόμου τελικού προϊόντος, που λείπει από την παγκόσμια αγορά. Η προτεινόμενη τεχνολογία ανοίγει ένα δρόμο όπου τα φυσικά εμπόδια μπορούν να εξαλειφθούν, και τα εν λόγω άτομα να αποκτήσουν πρόσβαση (εικονική και πραγματική υπό προϋποθέσεις) σε σχολεία, πανεπιστήμια, χώρους πολιτισμού κ.α. Η στρατηγική σύμπραξη των εμπλεκόμενων φορέων διασφαλίζει την ποιότητα του τελικού συστήματος και την αποτελεσματική εμπορική αξιοποίησή του. Το ΙΤΕ, ως ερευνητικός οργανισμός παγκόσμιου κύρους, διαθέτει την απαραίτητη τεχνογνωσία και εμπειρία για την υλοποίηση της διεπαφής, ενώ η WHEEL, ως εταιρία εμπορίας αναπηρικών αμαξιδίων διαθέτει τους πόρους για την κατασκευή και προώθηση των προϊόντων. Τέλος, η ANIMUS, ως κέντρο αποκατάστασης θα αξιολογήσει την προτεινόμενη λύση σε πραγματικούς ασθενείς.
Our goal is the development of a reliable brain-computer communication system that will enable patients suffering from neuromuscular paralysis to act independently, be able to make their own decisions and to some extent take part in social life. Using such a system challenges mental abilities in various ways and is expected to improve quality of life and be beneficial for a better mental health. A variety of neurological conditions can lead to severe paralysis, even to typical locked-in syndrome, where patients have retained their mental abilities and consciousness, but suffer from complete paralysis (quadriplegia and anarthria), except for eye movement control. Such conditions are caused by an insult to the ventral pons, most commonly an infarct, haemorrhage, or trauma, such as stroke, encephalitis, as well as neurodegenerative diseases of motor neurons, such as Amyotrophic Lateral Sclerosis in which the patient gradually loses control of his/her muscles and, consequently, the ability to communicate. Ten-year survival rates as high as 80% have been reported. As these patients maintain their mental functions unaffected, their motor impairment and social exclusion often lead to depression and resignation. As a consequence, providing even minimal means of communication and control can substantially improve the quality of life of both patients and their families. Our objective is to address this need with our proposal, which includes the design and implementation of an integrated brain-computer interface for the navigation of a robot car, equipped with a camera, in order for a patient to be able to ‘move’ (virtually) to remote and non-distant environments. Robot car control is based solely on brain signals, which are analyzed to translate user’s intention into motion commands, which are wirelessly transmitted to the robot car. In order to keep the cost of the overall system low, this proposal focuses on the actual development of all the required components, including the manufacturing of a low-cost EEG recording device and the robot car, the implementation of the user interface, the signal analysis software and the wireless communication protocol. Furthermore, we are evolving and extending this idea by considering the design and implementation of two additional systems: a mind controlled electric wheelchair, and a navigation system implemented in 3D virtual reality, using a 360° camera which will transmit in real-time the surrounding environment in which the robot car is moving to a virtual projection headset. The latter system will be initially applied to patients with partial locked-in syndrome. The implementation will be based on an existing experimental interface, which has been implemented in FORTH and has been tested and successfully presented in public. The proven efficiency of this system in conjunction with its low cost and the ease of use will ensure the development of an innovative end-product currently missing from the global market. The proposed technology paves a way where natural obstacles can be eliminated and locked-in patients can live with their families and even access virtually” or “physically” (under certain conditions) schools, universities, museums, etc. The strategic partnership formed, ensures the envisaged high quality of the final system and a realistic commercial exploitation plan. FORTH, as a world-class research organization has the know-how and the working experience to implement the system, whereas WHEEL, as a leader in the autonomy and independent living by importing wheelchairs that retain exclusive worldwide partnerships, has the resources to build and promote the products. Finally, ANIMUS, as a rehabilitation center will enroll real patients to help in the requirements and system evaluation.
