Bioingenieure verbessern die Bedienung von gehirngesteuerten Roboterarmen

Wenn eine Person einen Prothesenarm, insbesondere eine von der Gehirnkontrolle gesteuerte Technologie, bedient, ist es extrem schwierig, eine vollständige Motorsteuerung zu haben, um Dinge wie Berühren oder Greifen zu tun.

Ein Team von Bioingenieuren aus den Rehab Neural Engineering Labs der University of Pittsburgh hat in einem neuen Science -Artikel beschrieben, wie Hirnstimulation, die taktilen Empfindungen hervorruft, es einem Benutzer erleichtern kann, einen von der Gehirnkontrolle gesteuerten Roboterarm zu bedienen.

Greif- und Transferzeit um die Hälfte reduziert

Das Team führte ein Experiment durch, das zeigte, dass die Ergänzung von Sehen mit künstlicher taktiler Wahrnehmung die Zeit, die zum Greifen und Übertragen von Objekten benötigt wurde, um die Hälfte reduzierte. Die Medianzeit von 20,9 Sekunden sank auf 10,2 Sekunden.

Jennifer Collinger ist Co-Hauptautorin und Ph.D.-Associate-Professorin im Pitt-Department für Physikalische Medizin und Rehabilitation.

“In gewissem Sinne ist dies, was wir erhofft hatten – aber vielleicht nicht in dem Ausmaß, das wir beobachtet haben”, sagte Collinger. “Sensorische Rückmeldung von Gliedern und Händen ist enorm wichtig für normale Dinge in unserem täglichen Leben, und wenn diese Rückmeldung fehlt, ist die Leistung der Menschen beeinträchtigt.”

Der Studienteilnehmer

Der Studienteilnehmer war Nathan Copeland, der der erste Mensch war, der winzige Elektroden-Arrays in seinem Gehirn, nicht nur in seinem motorischen Kortex, sondern auch in seinem somatosensorischen Kortex, implantiert bekam, der ein Bereich des Gehirns ist, der sensorische Informationen vom Körper verarbeitet.

Die Arrays ermöglichten es ihm, die Roboterarme mit seinem Gehirn zu steuern und taktilen sensorischen Feedback zu erhalten, was auch ähnlich wie die Funktionsweise von neuronalen Schaltkreisen ist.

“Ich war bereits extrem vertraut mit den Empfindungen, die durch Stimulation erzeugt wurden, und mit der Ausführung der Aufgabe ohne Stimulation. Obwohl die Empfindung nicht ‘natürlich’ ist – es fühlt sich wie Druck und sanftes Kribbeln an – hat mich das nie gestört”, sagte Copeland. “Es gab nie wirklich einen Punkt, an dem ich mich wie gefühlt habe, als müsste ich mich an die Stimulation gewöhnen. Die Ausführung der Aufgabe während der Stimulation war einfach wie PB&J.”

Copeland war in einen Autounfall verwickelt, der dazu führte, dass er nur begrenzten Gebrauch von seinen Armen hatte, so dass er an einer klinischen Studie zur Erprobung der sensorimotorischen Mikroelektroden-Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) teilnahm. Er wurde mit vier Mikroelektroden-Arrays implantiert, die von Blackrock Microsystems entwickelt wurden.

Der BCI-Operator ging durch eine Reihe von Tests, die das Aufnehmen und Übertragen mehrerer Objekte von einem Tisch zu einer erhöhten Plattform erforderten. Taktilen Feedback wurde durch elektrische Stimulation bereitgestellt, die es dem Teilnehmer ermöglichte, die Aufgaben doppelt so schnell auszuführen wie ohne Stimulation.

Robert Gaunt ist Co-Hauptautor und Ph.D.-Associate-Professor im Pitt-Department für Physikalische Medizin und Rehabilitation.

“Wir wollten die Aufgabe nicht durch die Entfernung der visuellen Komponente der Wahrnehmung einschränken”, sagte Gaunt. “Wenn auch nur begrenzte und unvollkommene Empfindung wiederhergestellt wird, verbessert sich die Leistung der Person auf eine ziemlich bedeutende Weise. Wir haben noch einen langen Weg vor uns, um die Empfindungen realistischer zu machen und diese Technologie in die Häuser der Menschen zu bringen, aber je näher wir daran kommen, die normalen Eingaben zum Gehirn nachzubilden, desto besser werden wir sein.”