Les bioingénieurs améliorent le fonctionnement d’un bras robotique contrôlé par le cerveau

Lorsqu’un individu utilise un bras prothétique, en particulier une technologie contrôlée par l’esprit, il devient extrêmement difficile d’avoir un contrôle moteur complet pour faire des choses comme toucher ou saisir.

Une équipe de bioingénieurs du laboratoire de neuro-ingénierie de réadaptation de l’Université de Pittsburgh a détaillé dans un nouvel Science article comment la stimulation cérébrale qui évoque des sensations tactiles peut faciliter l’utilisation d’un bras robotique contrôlé par le cerveau pour l’utilisateur. 

Temps de préhension et de transfert réduit de moitié

L’équipe a mené une expérience qui a démontré que le fait de compléter la vision avec une perception tactile artificielle réduisait de moitié le temps nécessaire pour saisir et transférer des objets. Le temps médian de 20,9 secondes est tombé à 10,2 secondes. 

Jennifer Collinger est co-auteur principal et professeur associé au département de médecine physique et de réadaptation de Pitt. 

“Dans un sens, c’est ce que nous espérions qui se produirait — mais peut-être pas à la mesure que nous l’avons observée”, a déclaré Collinger. “Les rétroactions sensorielles des membres et des mains sont extrêmement importantes pour faire des choses normales dans notre vie quotidienne, et lorsque ces rétroactions font défaut, les performances des personnes sont altérées.”

Le participant à l’étude

Le participant à l’étude était Nathan Copeland, qui est devenu la première personne à avoir des réseaux d’électrodes miniatures implantés non seulement dans le cortex moteur de son cerveau, mais également dans son cortex somatosensory, qui est une zone du cerveau qui traite les informations sensorielles du corps. 

Les réseaux lui ont permis de contrôler les bras robotiques avec son esprit et de recevoir des rétroactions sensorielles tactiles, ce qui est également similaire à la façon dont les circuits neuronaux fonctionnent. 

“J’étais déjà extrêmement familiarisé avec les sensations générées par la stimulation et la réalisation de la tâche sans stimulation. Même si la sensation n’est pas ‘naturelle’ — elle ressemble à une pression et à un léger fourmillement — cela ne m’a jamais dérangé”, a déclaré Copeland. “Il n’y a pas vraiment eu de moment où j’ai senti que la stimulation était quelque chose à cui je devais m’habituer. Faire la tâche en recevant la stimulation allait ensemble comme du beurre de peanut et de la gelée.”

Copeland a été impliqué dans un accident de voiture qui l’a laissé avec une utilisation limitée de ses bras, il a donc participé à un essai clinique de test de l’interface cerveau-ordinateur sensorimoteur (BCI). Il a reçu l’implantation de quatre réseaux d’électrodes miniatures développés par Blackrock Microsystems.

L’opérateur BCI a subi une série de tests qui nécessitaient la prise et le transfert de plusieurs objets d’une table à une plate-forme surélevée. La rétroaction tactile a été fournie par stimulation électrique, ce qui a permis au participant de réaliser les tâches deux fois plus vite que sans stimulation.

Robert Gaunt est co-auteur principal et professeur associé au département de médecine physique et de réadaptation de Pitt. 

“Nous n’avons pas voulu restreindre la tâche en supprimant la composante visuelle de la perception”, a déclaré Gaunt. “Lorsque même une sensation limitée et imparfaite est restaurée, la performance de la personne s’améliore de manière significative. Nous avons encore un long chemin à parcourir pour rendre les sensations plus réalistes et apporter cette technologie chez les gens, mais plus nous pouvons nous rapprocher de la recreation des entrées normales du cerveau, mieux ce sera.”