Технології використання нейрогарнітур для протезування кінцівок

Abstract

The article discusses modern approaches to the use of neuro-headsets and neurocomputer interfaces in limb prosthetic systems. The relevance of the study is due to the rapid growth of the number of people with amputees in the world and, in particular, in Ukraine, which requires effective technologies for restoring motor functions and improving the quality of life. It is shown that traditional myoelectric prostheses have limitations associated with signal instability and complexity of control, especially in cases of high or bilateral amputations. Particular attention is paid to neuro-headsets based on electroencephalography, which provide non-invasive reading of brain activity and allow determining the intention of movement directly at the level of the motor cortex. The role of sensorimotor rhythms in the μ- and β-wave ranges is analyzed, as well as the ERD/ERS mechanisms underlying the control of bionic prostheses. The possibilities of using motor imagination, P300 potentials and SSVEP for the formation of control commands are separately considered. The paper summarizes current global practices in the use of neuro-headsets in combination with other neuroprosthetic technologies, including Targeted Muscle Reinnervation, Regenerative Peripheral Nerve Interface, implanted myoelectric sensors, and hybrid neuro-measurement methods. It is shown that the integration of EEG with EMG, fNIRS, or invasive neuro-interfaces significantly increases the accuracy, stability, and naturalness of prosthetic control. It is concluded that neuro-headsets are a promising and affordable tool for creating intelligent bionic limbs of a new generation. Their use in hybrid control systems opens up opportunities for individualized prosthetics, reducing the adaptation period, and expanding the functional capabilities of people with amputees.

У статті розглянуто сучасні підходи до використання нейрогарнітур та нейрокомп`ютерних інтерфейсів у системах протезування кінцівок. Актуальність дослідження зумовлена стрімким зростанням кількості людей з ампутаціями у світі та, зокрема, в Україні, що потребує ефективних технологій відновлення рухових функцій і підвищення якості життя. Показано, що традиційні міоелектричні протези мають обмеження, пов`язані з нестабільністю сигналів та складністю керування, особливо у випадках високих або двосторонніх ампутацій. Особливу увагу приділено нейрогарнітурам на основі електроенцефалографії, які забезпечують неінвазивне зчитування мозкової активності та дозволяють визначати намір руху безпосередньо на рівні моторної кори. Проаналізовано роль сенсомоторних ритмів у діапазонах μ- та β-хвиль, а також механізми ERD/ERS, що лежать в основі керування біонічними протезами. Окремо розглянуто можливості використання моторної уяви, потенціалів P300 та SSVEP для формування керуючих команд. У роботі узагальнено сучасні світові практики застосування нейрогарнітур у поєднанні з іншими технологіями нейропротезування, зокрема Targeted Muscle Reinnervation, Regenerative Peripheral Nerve Interface, імплантованими міоелектричними сенсорами та методами гібридних нейровимірювань. Показано, що інтеграція EEG із EMG, fNIRS або інвазивними нейроінтерфейсами суттєво підвищує точність, стабільність і природність керування протезами. Зроблено висновок, що нейрогарнітури є перспективним і доступним інструментом для створення інтелектуальних біонічних кінцівок нового покоління. Їх використання у гібридних системах керування відкриває можливості для індивідуалізованого протезування, скорочення періоду адаптації та розширення функціональних можливостей людей з ампутаціями.