Roboterischer ‘Dritter Daumen’ verändert, wie die Hand im Gehirn dargestellt wird

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

Laut dem Bericht der Forscher bericht, fühlten sich die Teilnehmer zunehmend so, als ob der Daumen Teil ihres Körpers sei. 

Veränderung der Sichtweise auf Prothesen 

Das Gerät wird als Dritter Daumen bezeichnet und wurde im Rahmen eines Postgraduiertenprojekts am Royal College of Art entwickelt. Das Projekt zielt darauf ab, die Sichtweise auf Prothesen zu verändern und diese Technologien als Erweiterung des menschlichen Körpers und nicht als Ersatz zu sehen. 

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

Professor Makin war der Hauptautor der Studie. 

“Körpervergrößerung ist ein wachsendes Feld, das darauf abzielt, unsere physischen Fähigkeiten zu erweitern, doch wir haben ein mangelndes Verständnis davon, wie unser Gehirn darauf reagieren kann”, sagt Makin. “Indem wir Menschen beobachteten, die Dani’s clever konstruierten Dritten Daumen 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 an die Bedürfnisse des Benutzers angepasst 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 steuern beide 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 nach Hause zu nehmen und es im Alltag zu verwenden, was zu einer Tragedauer von zwei bis sechs Stunden 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 verbesserten, wie das Aufheben mehrerer Bälle oder Weingläser mit einer Hand. Die Benutzer zeigten die 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 Augmentationsgerät 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 auch berichteten, dass der robotische Daumen sich wie ein Teil ihres eigenen Körpers anfühlte.”

Körpervergrößerung

Paulina Kieliba ist die erste Autorin der Studie. 

“Körpervergrößerung könnte eines Tages auf vielfältige Weise für die Gesellschaft von Wert 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 helfen, der dauerhaft oder vorübergehend nur eine Hand verwenden kann, alles mit dieser Hand zu tun. Doch um dorthin zu gelangen, müssen wir weiterhin die komplizierten, interdisziplinären Fragen erforschen, wie diese Geräte mit unserem Gehirn interagieren.”

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

“Unsere Studie ist die erste, die die Verwendung eines Augmentationsgeräts außerhalb eines Labors untersucht. Es ist die erste Augmentationsstudie, 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 Augmentationsgeräte das Lern- und Anpassungsvermögen unseres Gehirns optimal nutzen und gleichzeitig sicher zu verwenden sind.”

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