Roboterischer ‘Dritter Daumen’ verändert die Darstellung der Hand im Gehirn

Ein Team von Forschern an der University College London (UCL) hat gezeigt, wie ein robuster “Dritter Daumen” die Darstellung der Hand im Gehirn verändern kann. Die Teilnehmer wurden trainiert, einen robotischen Extra-Daumen zu verwenden, und es ermöglichte ihnen, mit einer Hand und zwei Daumen geschickte Aufgaben auszuführen.

Laut dem Bericht der Forscherbericht, fühlten sich die Teilnehmer zunehmend, als ob der Daumen Teil ihres Körpers wäre.

Die Art und Weise, wie wir Prothesen betrachten, ändert sich

Das Gerät wird als “Dritter Daumen” bezeichnet und wurde im Rahmen eines Postgraduierten-Projekts am Royal College of Art entwickelt. Das Projekt zielt darauf ab, die Art und Weise, wie wir Prothesen betrachten, zu ändern, und sieht diese Technologien als Erweiterung des menschlichen Körpers und nicht als Ersatz.

Der Designer Dain Clode begann mit der Entwicklung des Geräts, bevor er sich dem Team von Neuroscientisten unter der Leitung von Professor Tamar Makin an der UCL anschloss. Das Team untersuchte, wie das Gehirn auf Körpererweiterungen reagieren kann.

Professor Makin war der Hauptautor der Studie.

“Körpererweiterung ist ein wachsendes Feld, das darauf abzielt, unsere physischen Fähigkeiten zu erweitern, doch wir haben noch kein klares Verständnis davon, wie unser Gehirn auf diese Erweiterungen reagieren kann”, sagt Makin. “Indem wir die Menschen beobachteten, die Dani’s clever entworfenes ‘Drittes Daumen’-Gerät verwendeten, suchten wir nach Antworten auf wichtige Fragen darüber, ob das menschliche Gehirn ein zusätzliches Körperteil unterstützen kann und wie die Technologie unser Gehirn beeinflussen könnte.”

Der Dritte Daumen ist 3D-gedruckt, was bedeutet, dass er personalisiert werden kann. Er wird auf der Seite der Hand getragen, die dem Daumen des Benutzers gegenüberliegt, und wird durch Drucksensoren gesteuert, die an der Unterseite seiner Füße befestigt sind. Die Sensoren sind drahtlos mit dem Daumen verbunden, und beide steuern unterschiedliche Bewegungen des Daumens, indem sie auf Druckänderungen des Benutzers reagieren.

Die Studie

Die Studie umfasste 20 Teilnehmer, die über einen Zeitraum von fünf Tagen trainiert wurden, das Gerät zu verwenden. Sie wurden ermutigt, es mit nach Hause zu nehmen und es im Alltag zu verwenden, was zu zwei bis sechs Stunden Tragezeit pro Tag führte. Diese 20 Teilnehmer wurden mit einer zusätzlichen Gruppe von 10 Kontrollteilnehmern verglichen, die eine statische Version des Geräts trugen.

Das Training umfasste Aufgaben, die die Zusammenarbeit zwischen der Hand und dem Daumen förderten, wie das Aufheben mehrerer Bälle oder Weingläser mit einer Hand. Die Benutzer zeigten eine Fähigkeit, schnell zu lernen, und das Training half ihnen, ihre motorische Kontrolle, Geschicklichkeit und Hand-Daumen-Koordination erfolgreich zu verbessern.

“Unsere Studie zeigt, dass Menschen schnell lernen können, ein Erweiterungsgerät zu steuern und es zu ihrem Vorteil zu nutzen, ohne darüber nachzudenken”, sagt Clode. “Wir sahen, dass die Menschen, während sie den Dritten Daumen verwendeten, ihre natürlichen Handbewegungen änderten, und sie berichteten auch, dass der robotische Daumen sich wie ein Teil ihres eigenen Körpers anfühlte.”

Körpererweiterung

Paulina Kieliba ist die erste Autorin der Studie.

“Körpererweiterung könnte eines Tages für die Gesellschaft auf vielfältige Weise wertvoll sein, wie zum Beispiel einem Chirurgen zu ermöglichen, ohne Assistenten zu arbeiten, oder einem Fabrikarbeiter, effizienter zu arbeiten”, sagt Kieliba. “Diese Forschungsrichtung könnte das Konzept von Prothesen revolutionieren und jemandem, der dauerhaft oder vorübergehend nur eine Hand verwenden kann, ermöglichen, alles mit dieser Hand zu tun. Doch um dorthin zu gelangen, müssen wir weiterhin die komplizierten, interdisziplinären Fragen untersuchen, wie diese Geräte mit unserem Gehirn interagieren.”

Mithilfe von fMRI-Scans fanden die Forscher signifikante Veränderungen in der Darstellung der erweiterten Hand im sensorimotorischen Kortex des Gehirns. Die Veränderungen schienen nicht von Dauer zu sein, da Scans eine Woche später zeigten, dass die Veränderungen in der Hand-Darstellung des Gehirns nachgelassen hatten.

“Unsere Studie ist die erste, die die Verwendung eines Erweiterungsgeräts außerhalb eines Labors untersucht. Es ist die erste Erweiterungsstudie, die über mehrere Tage mit verlängertem Training durchgeführt wurde, und die erste, die eine untrainierte Vergleichsgruppe hatte”, sagte Kieliba. “Der Erfolg unserer Studie zeigt den Wert der Zusammenarbeit von Neuroscientisten mit Designern und Ingenieuren, um sicherzustellen, dass Erweiterungsgeräte das Beste aus der Fähigkeit unseres Gehirns machen, zu lernen und sich anzupassen, und gleichzeitig sicherzustellen, dass Erweiterungsgeräte sicher verwendet werden können.”

“Die Evolution hat uns nicht darauf vorbereitet, ein zusätzliches Körperteil zu verwenden, und wir haben festgestellt, dass wir, um unsere Fähigkeiten auf neue und unerwartete Weise zu erweitern, die Darstellung des biologischen Körpers im Gehirn anpassen müssen”, fügte Makin hinzu.