Οι βιομηχανικοί βελτιώνουν τη λειτουργία του ρομποτικού βραχίονα ελεγχόμενου εγκεφάλου

Όταν ένα άτομο χειρίζεται έναν προσθετικό βραχίονα, ειδικά μια τεχνολογία ελεγχόμενη από το μυαλό, γίνεται εξαιρετικά δύσκολο να έχει πλήρη έλεγχο του κινητήρα για να κάνει πράγματα όπως το άγγιγμα ή η λαβή.

Μια ομάδα βιομηχανικών από το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ Rehab Neural Engineering Labs έδωσε λεπτομέρειες σε μια νέα Επιστήμη γράψτε πώς η διέγερση του εγκεφάλου που προκαλεί απτικές αισθήσεις μπορεί να διευκολύνει τον χρήστη να χειριστεί έναν ρομποτικό βραχίονα ελεγχόμενο από τον εγκέφαλο. 

Ο χρόνος λαβής και μεταφοράς μειώθηκε στο μισό

Η ομάδα διεξήγαγε ένα πείραμα που έδειξε ότι η συμπλήρωση της όρασης με την τεχνητή απτική αντίληψη μείωσε τον χρόνο που χρειαζόταν για να πιάσει και να μεταφέρει αντικείμενα στο μισό. Ο διάμεσος χρόνος των 20.9 δευτερολέπτων μειώθηκε στα 10.2 δευτερόλεπτα. 

Η Jennifer Collinger είναι συν-ανώτερη συγγραφέας και Ph.D αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Τμήμα Φυσικής Ιατρικής και Αποκατάστασης Pitt. 

«Κατά μία έννοια, αυτό ελπίζαμε ότι θα συμβεί - αλλά ίσως όχι στον βαθμό που παρατηρήσαμε», είπε ο Collinger. «Η αισθητηριακή ανατροφοδότηση από τα άκρα και τα χέρια είναι εξαιρετικά σημαντική για να κάνουμε φυσιολογικά πράγματα στην καθημερινή μας ζωή και όταν αυτή η ανατροφοδότηση λείπει, η απόδοση των ανθρώπων μειώνεται».

Ο συμμετέχων στη μελέτη

Συμμετέχοντας στη μελέτη ήταν ο Nathan Copeland, ο οποίος έγινε το πρώτο άτομο που εμφύτευσε μικροσκοπικές συστοιχίες ηλεκτροδίων όχι μόνο στον κινητικό φλοιό του εγκεφάλου του, αλλά και στον σωματοαισθητικό φλοιό του, ο οποίος είναι μια περιοχή του εγκεφάλου που επεξεργάζεται αισθητηριακές πληροφορίες από το σώμα. 

Οι συστοιχίες του επέτρεψαν να ελέγχει τους ρομποτικούς βραχίονες με το μυαλό του και να λαμβάνει απτική αισθητηριακή ανατροφοδότηση, η οποία είναι επίσης παρόμοια με το πώς λειτουργούν τα νευρωνικά κυκλώματα. 

«Ήμουν ήδη εξαιρετικά εξοικειωμένος τόσο με τις αισθήσεις που δημιουργούνται από τη διέγερση όσο και με την εκτέλεση της εργασίας χωρίς διέγερση. Παρόλο που η αίσθηση δεν είναι «φυσική» - μοιάζει με πίεση και απαλό μυρμήγκιασμα - αυτό δεν με ενόχλησε ποτέ», είπε ο Copeland. «Δεν υπήρχε πραγματικά κανένα σημείο όπου ένιωθα ότι η διέγερση ήταν κάτι στο οποίο έπρεπε να συνηθίσω. Κάνοντας την εργασία ενώ λαμβάνετε τη διέγερση απλώς πήγαιναν μαζί όπως η PB&J.»

Ο Copeland ενεπλάκη σε ένα αυτοκινητιστικό δυστύχημα που είχε ως αποτέλεσμα να έχει περιορισμένη χρήση των χεριών του, έτσι εγγράφηκε σε μια κλινική δοκιμή δοκιμής της διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή με μικροηλεκτρόδιο αισθητηριοκινητικών μικροηλεκτροδίων (BCI). Του εμφυτεύτηκαν τέσσερις συστοιχίες μικροηλεκτροδίων που αναπτύχθηκαν από την Blackrock Microsystems.

Ο χειριστής BCI πέρασε από μια σειρά δοκιμών που απαιτούσαν την παραλαβή και τη μεταφορά πολλών αντικειμένων από ένα τραπέζι σε μια υπερυψωμένη πλατφόρμα. Η απτική ανατροφοδότηση παρέχεται μέσω ηλεκτρικής διέγερσης, η οποία επέτρεψε στον συμμετέχοντα να ολοκληρώσει τις εργασίες δύο φορές πιο γρήγορα σε σύγκριση με τη μη διέγερση.

Ο Robert Gaunt είναι συν-ανώτερος συγγραφέας και Ph.D. αναπληρωτής καθηγητής στο Pitt Department of Physical Medicine and Rehabilitation. 

«Δεν θέλαμε να περιορίσουμε την εργασία αφαιρώντας το οπτικό στοιχείο της αντίληψης», είπε ο Gaunt. «Όταν αποκατασταθεί ακόμη και η περιορισμένη και ατελής αίσθηση, η απόδοση του ατόμου βελτιώθηκε με αρκετά σημαντικό τρόπο. Έχουμε ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουμε όσον αφορά το να κάνουμε τις αισθήσεις πιο ρεαλιστικές και να φέρουμε αυτήν την τεχνολογία στα σπίτια των ανθρώπων, αλλά όσο πιο κοντά μπορούμε να αναδημιουργήσουμε τις κανονικές εισροές στον εγκέφαλο, τόσο καλύτερα θα είμαστε».