De meeste gezonde mensen beschouwen hun vermogen om eenvoudige dagelijkse taken uit te voeren als vanzelfsprekend – wanneer ze een warme kop koffie bereiken, kunnen ze het gewicht en de temperatuur voelen en hun grip dienovereenkomstig aanpassen, zodat er geen vloeistof naar buiten komt. Mensen met volledige sensorische en motorische controle in hun armen en handen kunnen voelen dat ze in contact zijn gekomen met een object op het moment dat ze het aanraken of vasthouden, waardoor ze met vertrouwen kunnen gaan bewegen of tillen.
Maar deze taken worden moeilijker wanneer een persoon een prothetische arm bedient, laat staan een arm die door de geest wordt bestuurd.
In een artikel dat vandaag is gepubliceerd op WetenschapEen team van bio-ingenieurs van de University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs beschrijft hoe de toevoeging van hersenstimulatie die tactiele sensaties opwekt, het voor de operator gemakkelijker maakt om een door de hersenen bestuurde robotarm te manipuleren. In het experiment halveerde het aanvullen van het zicht met kunstmatige haptische waarneming de tijd die nodig was om objecten te grijpen en te verplaatsen, van een gemiddelde tijd van 20,9 tot 10,2 seconden.
“In zekere zin hoopten we dat het zou gebeuren – maar misschien niet in de mate die we hadden gemerkt”, zei co-auteur Jennifer Collinger, Ph.D., assistent-professor bij de afdeling Fysische Geneeskunde en Rehabilitatie. “Zintuiglijke reacties van de ledematen en handen zijn erg belangrijk om normale dingen in ons dagelijks leven te doen, en wanneer deze feedback ontbreekt, worden de prestaties van mensen verminderd.”
Studie co-auteur Nathan Copeland, wiens vooruitgang wordt beschreven in de paper, is de eerste persoon ter wereld die arrays van kleine elektroden heeft geïmplanteerd, niet alleen in de motorische cortex van hun hersenen, maar ook in de somatosensorische cortex – een gebied van de hersenen die sensorische informatie uit het lichaam verwerken. De arrays stellen hem niet alleen in staat om de robotarm met zijn geest te besturen, maar ook om tactiele sensorische feedback te ontvangen, vergelijkbaar met hoe neurale circuits werken wanneer het ruggenmerg van een persoon intact is.
“Ik was me al behoorlijk bewust van zowel de sensaties die door stimulatie werden gegenereerd als het uitvoeren van de taak zonder stimulatie”, zei Copeland. “Ook al is de sensatie niet” normaal “- het is een gevoel van zachte druk en tintelingen – heb ik er nooit last van gehad. “Er was echt geen punt waarop ik voelde dat de stimulatie iets was waar ik aan moest wennen. De taak uitvoeren terwijl ik de stimulus ontving, was zo eenvoudig als PB&J.
Na een auto-ongeluk waardoor hij zijn armen niet meer kon gebruiken, schreef Copeland zich in voor een klinische proef om een hersensensorimotorische computerinterface (BCI) te testen en werd hij geïmplanteerd met vier elektrode-arrays ontwikkeld door Blackrock Microsystems (ook wel Utah-arrays genoemd) .
Dit artikel is een stap voorwaarts ten opzichte van een eerdere studie waarin voor het eerst werd beschreven hoe het stimuleren van sensorische gebieden in de hersenen met behulp van kleine elektrische impulsen sensaties kunnen opwekken in verschillende delen van de hand van een persoon, ook al hebben ze het gevoel in hun ledematen verloren als gevolg van een dwarslaesie. In deze nieuwe studie combineerden onderzoekers het lezen van informatie uit de hersenen om de beweging van een robotarm te besturen met het herschrijven van de informatie om sensorische feedback te geven.
In een reeks tests, waarbij de BCI-operator werd gevraagd om verschillende objecten op te pakken en ze van tafel naar verhoogd platform te verplaatsen, waardoor haptische feedback door elektrische stimulatie voor de deelnemer mogelijk was om taken twee keer zo snel uit te voeren in vergelijking met tests zonder stimulatie.
In het nieuwe onderzoeksrapport wilden de onderzoekers het effect van sensorische feedback in reële omstandigheden zo goed mogelijk testen.
“We wilden de taak niet beperken door de visuele component van de waarneming te verwijderen”, zei co-senior auteur Robert Gaunt, Ph.D., universitair hoofddocent bij de afdeling Fysische Geneeskunde en Rehabilitatie. “Wanneer het beperkte en onvolmaakte gevoel wordt hersteld, verbeteren de prestaties van de persoon drastisch. We hebben nog een lange weg te gaan in termen van het realistischer maken van sensaties en het introduceren van deze technologie bij mensen thuis, maar hoe dichter we bij het herconfigureren van de natuurlijke de hersenen, hoe beter we af zullen zijn. “
Dit werk werd ondersteund door DARPA en SSC Pacific onder contractnummer N66001-16-C-4051 en het Prosthetic Revolution Program (contractnr. N66001-10-C-4056).
Verhaalbron:
Materiaal Introductie van Universiteit van Pittsburgh. Opmerking: de inhoud kan worden aangepast aan de stijl en lengte.
More Stories
China is van plan het Tiangong-ruimtestation uit te breiden; Stel deze in op “Space Rule” omdat het ISS wordt uitgeschakeld
De Verenigde Staten detecteren het eerste geval van de H5N1-vogelgriep bij een varken, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid voor de mens
NASA zal in 2025 de ruimtewandelingen aan boord van het internationale ruimtestation hervatten na een lek in het ruimtepak