English issues
3/2013

Ajatus vain, ja proteesikäsi liikkuu

Toni Björninen

Tutkijatohtori Toni Björninen kehittää sekä lähettäviä että
vastaanottavia antenneja Suomen Akatemian rahoittamassa
projektissa.

Kirjoittaminen silmän liikkeiden avulla virtuaalisella tietokoneella ei ole enää silkkaa scifiä. Nyt kehitetään ajatuksen voimalla toimivaa, langatonta aivokäyttöliittymää. Sillä parannettaisiin esimerkiksi vaikeasti vammautuneiden ihmisten elämänlaatua.

TTY on mukana projektissa, jossa tutkitaan RFID-teknologian eli radiotaajuisen langattoman etätunnistusteknologian hyödyntämistä ihmiskehoon asennettavissa järjestelmissä.

– Tutkimusidean taustalla on viime vuosina paljon huomiota herättänyt brain-machine interface, aivokäyttöliittymä. Siinä ihmisen aivojen ja tietokoneen välille luodaan yhteys aivojen sähkösignaalien avulla, tutkijatohtori Toni Björninen kertoo.

Aivokäyttöliittymillä parannetaan jo nyt vaikeasti halvaantuneiden, esimerkiksi locked-in-oireyhtymään kahlittujen ihmisten mahdollisuutta kommunikoida ympäristönsä kanssa.

– Aivosignaalien kokoamiseksi käytetään erilaisia elektrodeilla varustettuja päähineitä tai elektrodit kiinnitetään suoraan päänahkaan. Aivokäyttöliittymän sovelluksien vaatimaan tarkkuuteen päästään kuitenkin vasta nauhoittamalla aivojen sähköisiä signaaleja suoraan aivojen pinnalta. Täysin langattomasti yhteyttä ei ole vielä missään toteutettu.

Projektin tavoitteena on selvittää, voitaisiinko aivojen pinnalta signaaleja keräävät elektrodit liittää RFID-tunnisteen kaltaiseen keskusyksikköön. Se saisi kaiken tarvitsemansa energian kehon ulkopuolisesta lähettimestä.

– Kerätty aivodata siirrettäisiin samalla tavoin langattomasti kehon ulkopuoliseen järjestelmään, josta esimerkiksi proteesin toimintaa ohjattaisiin. Kehon ulkopuolella tarvitaan siis myös antenni, hän selvittää.

Puettava antenni kaappaa aivodataa

Toni Björnisen Suomen Akatemian rahoittamassa tutkijatohtorin projektissa aiheena on sekä lähettävien että vastaanottavien antennien kehittäminen. Työtä tehdään laajassa kansainvälisessä yhteistyössä.

– Ideamme on, että kehon ulkopuolinen antenni voisi olla sähköä johtavasta langasta tai kankaasta ommeltu. Vaatteeksi valmistettuna se kulkisi helposti kantajansa mukana, hän kertoo.

Menetelmiä aivosähköisen toiminnan tarkkailuun suoraan aivojen pinnalta on jo käytössä, esimerkiksi vakavaa epilepsiaa sairastavien ihmisten tutkimuksissa. Leikkauksen yhteydessä aivoihin on sijoitettu väliaikaisesti elektrodeja, joiden keräämän tiedon pohjalta paikannetaan kohtausten syntypaikka.

– Tähän verrattuna implantoitava, langattomasti toimiva aivokäyttöliitymä toisi huomattavan edun: se tulisi osaksi arkipäiväistä elämää.

– Pidemmäksi aikaa aivoihin sijoitettavan keskusyksikön on luonnollisesti oltava turvallista materiaalia. Määrätyt polymeerit eivät reagoi ihmiskehoon, ja aivokudokseen suoraan kosketuksessa olevat elektrodit voisivat olla jalometallia, esimerkiksi platinaa, Björninen kertoo.

Kuuma ongelma ratkeaa yhteistyössä

Langatonta aivokäyttöliittymää tutkitaan arvostetussa seurassa Berkeleyn ja Tsinghuan yliopistojen sekä losangelesilaisen UCLAn kanssa. Läheisintä aivoimplanttiin liittyvä yhteistyö on Berkeleyn yliopiston langattoman teknologian tutkimuskeskuksen sekä valmistusteknologiaa ja neurologiaa tutkivien ryhmien kanssa. Puettavia antenneja kehitetään UCLAn ja Tsinghuan kanssa.

– Olin tohtoriopintojeni aikana tutkijavaihdossa Berkeleyn yliopistossa. Kävi ilmi, että mikroelektroniikkaa langattomiin järjestelmiin kehittävässä tutkimuskeskuksessa oli tarvetta antennisuunnittelun asiantuntemukselle, Björninen kertoo.

– Aivokäyttöliittymä on kuuma tutkimusaihe, ja kehitystyötä tehdään ympäri maailmaa. Olemme kuitenkin etujoukossa, koska mietimme kaikkia osa-alueita monialaisesti. Meillä on täydet mahdollisuudet saada demonstroitua kaikki palaset yhdistävä toiminnallinen järjestelmä, hän uskoo.

Oheinen kuva havainnollistaa järjestelmän toimintaa.

 

RFID-kuva

 

 

Teksti: Päivi Eskelinen
Kuvat: Petri Laitinen ja Toni Björninen


Kerro kaverille
Lahjomaton laastari kerää EKG-impulsseja
Lahjomaton laastari kerää EKG-impulsseja
3/2013
3/2013
Lahjomaton laastari kerää EKG-impulsseja
Sydänsolut sykkivät dataa fyysikolle
Sydänsolut sykkivät dataa fyysikolle
3/2013
3/2013
Sydänsolut sykkivät dataa fyysikolle
Kommunikaatio pelaa, kilot tippuvat
Kommunikaatio pelaa, kilot tippuvat
3/2013
3/2013
Kommunikaatio pelaa, kilot tippuvat
Solun sormenjälki on tutkijan johtolanka
Solun sormenjälki on tutkijan johtolanka
3/2013
3/2013
Solun sormenjälki on tutkijan johtolanka
BioMediTech on intohimoinen järkiliitto
BioMediTech on intohimoinen järkiliitto
3/2013
3/2013
BioMediTech on intohimoinen järkiliitto
Osaamisprofiili vahvistuu Clinical Engineer -koulutuksella
Osaamisprofiili vahvistuu Clinical Engineer -koulutuksella
3/2013
3/2013
Osaamisprofiili vahvistuu Clinical Engineer -koulutuksella
Tampereella kehitetään keinotekoista hajuaistia
Tampereella kehitetään keinotekoista hajuaistia
3/2013
3/2013
Tampereella kehitetään keinotekoista hajuaistia
 
3/2013
3/2013
 
3/2013
3/2013
Liikkujan unelmasyksy
Liikkujan unelmasyksy
3/2013
3/2013
Liikkujan unelmasyksy
TTY Forum 2013
TTY Forum 2013
3/2013
3/2013
TTY Forum 2013
 
3/2013
3/2013

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi