Een hersenimplantaat geeft een robotarm een ​​tastgevoel

Een van de meest verrassende voorbeelden van de belofte van een hersenimplantatie komt binnen Video Een verlamd persoon bestuurt een robotarm met niets dan zijn gedachten. Technologie alleen al is indrukwekkend, maar het is de vreugde om voor het eerst in meer dan tien jaar een drankje te drinken, dat duidelijk maakt hoe belangrijk deze technologie kan zijn.

Hoewel we nog tientallen jaren verwijderd zijn van het wijdverbreide gebruik van de implantaten, zijn er aanhoudende tekenen van vooruitgang bij het effectiever maken van implantaten. Vorige week zagen we een implantaat dat precies dat kon doen Zet fictief schrift om in echte tekst. Deze week volgde de onderzoeksgemeenschap met een implantaatgestuurde robotarm die aanraakfeedback naar de gebruiker met een tweede implantaat stuurt.

De zintuigen toevoegen

Als we iets gaan vastleggen, bepalen we waar het is, voornamelijk door middel van visie. Van daaruit nemen andere zintuigen het over. Mensen hebben een gevoel dat proprioceptie wordt genoemd, wat ons helpt te weten waar onze lichaamsdelen zijn, zelfs als ze niet zichtbaar zijn. De tastzin vertelt ons wanneer we in contact komen met het lichaam, en het gevoel van druk geeft ons een indicatie van hoe stevig we zijn in het absorberen van het lichaam. Het visuele systeem wordt al snel ondergeschikt aan het proces.

Maar voor de vroege robotarmen was het optische systeem alles waarmee we verder moesten. Gebruikers moesten de arm visueel volgen terwijl ze ermee manoeuvreerden, en ze moesten inschatten wanneer ze een object stevig vast zouden houden door er gewoon naar te kijken. Hoewel dit een verbetering is ten opzichte van verlamming, is het niet bijzonder intuïtief. Het vereist ook uitgebreide training en vereist de volledige aandacht van de armgebruiker. Het toevoegen van enkele andere zintuigen zou duidelijke voordelen opleveren.

Hoewel proprioceptie een wat moeilijk te reconstrueren gevoel is, zijn de tastzin en druk meer uitgesproken. Vroege pogingen om reacties van aanraking en druk te geven, hadden betrekking op het gevoel van een stukje huid. Het systeem vereiste uitgebreide training om alles wat de gebruiker voelde te vertalen in informatie over de druk die door de vingers van de robot werd uitgeoefend.

Maar sindsdien hebben we een goed begrip ontwikkeld van de hersengebieden die de informatie verwerken die naar hen wordt gestuurd vanuit de sensorische neuronen in de hand. Voor het nieuwe onderzoek implanteerde een team twee elektrode-arrays in het deel van de hersenen dat zich specifiek bezighoudt met informatie die van de huid komt. Activering van deze elektroden – 32 in totaal – creëerde het gevoel dat er iets in wisselwerking stond met de handpalm en vingers.

Nieuwe (oude) sensaties

De deelnemer aan het onderzoek, die vanaf zijn nek verlamd was, had ongeveer twee jaar lang een robotarm bestuurd met behulp van hersenimplantaten in het motorische controlegebied van zijn hersenen. Hij kan zijn arm met succes gebruiken, zelfs zonder enige sensatie. Voor de nieuwe experimenten wisselde het onderzoeksteam echter af tussen tests waarbij de arm aanvullende haptische feedback kreeg en tests waarbij het systeem was uitgeschakeld. Bij de meeste tests werden voorwerpen met verschillende vormen vastgepakt, ergens naartoe verplaatst en vervolgens neergelaten.

Verschillende individuele tests lieten een soortgelijk patroon zien: de tastzin verbeterde de prestaties aanzienlijk. De gemiddelde voltooiingstijd voor de ontvang / overdracht / drop-sequenties nam in alle gevallen af, waarbij het verschil statistisch significant was in ongeveer de helft van hen. Met andere woorden, in de tijd die een deelnemer nodig had om negen taken uit te voeren met het aanraaksysteem uitgeschakeld, kon hij er meer dan een dozijn voltooien met het systeem geactiveerd.

Hoewel elk aspect van de taakuitvoering werd verbeterd, kwam de belangrijkste verbetering in het grijpen van objecten. De tijd tussen het aanraken van het object door de deelnemer met de arm en het optillen van het object van de tafel werd met tweederde verminderd toen de haptische feedback werd geactiveerd. Toen het systeem was uitgeschakeld, besteedde de deelnemer meer tijd aan het ordenen van de hand om een ​​stabiele grip te garanderen voordat hij ging bewegen.

Net als bij het schrijfsysteem op basis van hersenimplantaten van vorige week, had deze studie maar één deelnemer, dus we zullen moeten bevestigen dat het systeem over het algemeen werkt voordat het te opgewonden raakt. Maar er is geen reden om verrast te worden door de resultaten – hoewel we ons er misschien niet altijd van bewust zijn, spelen aanraking en druk een grote rol bij alles wat we met onze handen doen. Door zich op het juiste gebied van de hersenen te richten, profiteert het implantaat van de systemen die de hersenen al hebben om dit soort sensorische input te beheren.

Over het algemeen benadrukt het werk de belofte van deze implantaten – en het werk dat we nog moeten doen. Zelfs dit type elementaire regime heeft het potentieel om het leven van veel verlamde mensen te verbeteren. Maar de implantatietechnologie zal in de loop van de tijd groeien en we zullen ons begrip van het functioneren van relevante hersenregio’s blijven verbeteren. Op een gegeven moment zou de technologie kunnen worden overgedragen op grotere proeven en mogelijk wijdverbreid medisch gebruik.

WetenschapDOI: 2021. 10.1126 / wetenschap. abd0380 (Over DOI’s).