Разработка и тестирование прототипа нейроморфного программно-аппаратного комплекса для компенсации двигательных нарушений при травме спинного мозга (заключительный)

Цель выполнения НИОКР - разработка, изготовление, проведение испытания программно-аппаратного комплекса для компенсации двигательных нарушений при травме спинного мозга. Данной разработкой решается проблема создания био-совместимой топологии сегмента спинного мозга как в симуляции, так и посредством создания физических прототипов. Результаты работы, основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: в ходе реализации первого этапа НИОКР была разработана математическая модель прототипа программно-аппаратного комплекса, на ее основе разработан сам прототип программно-аппаратного комплекса. Математическая модель протестирована на биологических данных, и изготовлен прототип программно-аппаратного комплекса для компенсации двигательных нарушений при травме спинного мозга. Разработанный прототип программно-аппаратного комплекса обладает следующими функциями: 1) Генерирует паттерн хождения в соответствии со скоростью движения биологической модели мелкого млекопитающего. Таким образом, при увеличении скорости паттерн хождения перестраивается. 2) Просчитывает компьютерную модель в режиме реального времени не менее, чем на 600 нейронах. Проведена валидация сгенерированных паттернов на основе миограмм мелких млекопитающих с травмой спинного мозга на основе алгоритма ядерной оценки плотности, и получены результаты для 5 режимов движения млекопитающего. 1) Бипедального движения со скоростью 13 см/с; 2) Бипедального движения со скоростью 21 см/с; 3) Полностью в подвешенном состоянии, не касаясь ступнями беговой дорожки; 4) В подвешенном состоянии касаясь носками беговой дорожки; 5) Под воздействием квипазина. Далее группой была проведены тестирование и настройка паттерна на стимуляторе DS5. Степень внедрения: на данном этапе внедрения не планировалось. Ввиду сложности продукта требуется ряд процедур, связанных с сертификацией для выполнения внедрений. Рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИОКР: дальнейшими работами по развитию продукта будет сертификация и испытания для опытного внедрения. Область применения: нейрореабилитация и нейропротезирование. Экономическая эффективность или значимость работы: значимость работы определяется потребностью отрасли в нейропротезах, что еще раз подчеркивает возросший интерес к этой области со стороны таких гигантов, как Маск И. и его компании “Нейролинк”. Экономическая эффективность определяется высокими результатами в сравнение с затратами. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: в процессе работы выявлены проблемы со стимулятором DS5 (очень высокая цена и избыточность функций). Планируется изготовить также свой стимулятор. Использовать ПАК можно с любым стимулятором. Объекты интеллектуальной собственности, полученные в результате выполнения работы: в рамках НИОКР на разработанный ПАК было получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2020663801 Симулятор нейрональной активности на основе нейронной сети GRAS. Оценка исполнителем успешности выполнения работы в соответствии с техническим заданием и календарным планом: работы по проекту выполнены в полном объеме: создана математическая модель сегмента спинного мозга, управляющая мышцами голени как сгибателем, так и разгибателем, и валидирована на биологических данных с p-value, позволяющими утверждать био-правдоподобность на основе сравнения с монограммами мелкого млекопитающего; разработана математическая модель биосовместимого нейрона, работающего в режиме реального времени; разработан прототип цифрового протеза для двух мышц голени, работающий в режиме реального времени, проведено тестирование и настройка сгенерированного паттерна для эффективного управления конечностями млекопитающего.