Bioingeniører forbedrer drift af hjernestyret robotarm

Når en person opererer en protesearm, især en tankestyret teknologi, bliver det ekstremt svært at have fuld motorisk kontrol til at udføre ting som at røre eller gribe.

Et hold bioingeniører fra University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs har i en ny Science -artikel beskrevet, hvordan hjernestimulation, der fremkalder taktil sansning, kan gøre det lettere for en bruger at operere en hjernestyret robotarm. 

Greb og overførselstid halveres

Holdet udførte et eksperiment, der viste, at supplerering af syn med kunstig taktil perception halverede tiden det tog at gribe og overføre objekter. Den median tid på 20,9 sekunder faldt til 10,2 sekunder. 

Jennifer Collinger er co-senior forfatter og Ph.D. associeret professor i Pitt Department of Physical Medicine and Rehabilitation. 

“På en måde er dette, hvad vi havde håbet ville ske — men måske ikke i den udstrækning, vi observerede,” sagde Collinger. “Sansefeedback fra lemmer og hænder er enormt vigtigt for at udføre normale ting i vores daglige liv, og når dette feedback mangler, er folks præstationer forringet.”

Studie-deltageren

Studie-deltageren var Nathan Copeland, der blev den første person, der fik små elektrode-arrays implanteret i ikke kun hans hjernens motorcortex, men også hans somatosensoriske cortex, som er et område i hjernen, der behandler sanseinformation fra kroppen. 

Arraysene gjorde det muligt for ham at kontrollere robotarmene med sin hjerte og modtage taktil sansningsfeedback, som er lignende med, hvordan neurale kredsløb fungerer. 

“Jeg var allerede ekstremt fortrolig med både sansninger genereret af stimulation og udførelse af opgaven uden stimulation. Selv om sansningen ikke er ‘naturlig’ — den føles som tryk og en blid prikken — dét generede mig ikke. Der var ikke rigtig noget punkt, hvor jeg følte, at stimulation var noget, jeg skulle vænne mig til. At udføre opgaven, mens jeg modtog stimulation, gik sammen som PB&J,” sagde Copeland. 

Copeland var involveret i en bilulykke, der resulterede i, at han havde begrænset brug af sine arme, så han tilmeldte sig en klinisk prøve af sensorimotorisk mikroelektrode hjernecomputergrænseflade (BCI). Han blev implanteret med fire mikroelektrode-arrays, der var udviklet af Blackrock Microsystems.

BCI-operatøren gennemførte en række tests, der krævede, at han skulle samle og overføre flere objekter fra en bord til en forhøjet platform. Taktil feedback blev leveret gennem elektrisk stimulation, der gjorde det muligt for deltageren at udføre opgaver dobbelt så hurtigt i forhold til uden stimulation.

Robert Gaunt er co-senior forfatter og Ph.D. associeret professor i Pitt Department of Physical Medicine and Rehabilitation. 

“Vi ønskede ikke at begrænse opgaven ved at fjerne den visuelle komponent af perception,” sagde Gaunt. “Når selv begrænset og uperfekt sansning genoprettes, forbedres personens præstation på en ret betydelig måde. Vi har stadig langt igen at gå i forhold til at gøre sansningerne mere realistiske og bringe denne teknologi til folks hjem, men jo tættere vi kan komme på at genskabe de normale indgange til hjernen, desto bedre er vi.”