Bioinsinyur Meningkatkan Operasi Lengan Robotik yang Dikendalikan Otak

Ketika seseorang mengoperasikan lengan prostetik, terutama teknologi yang dikendalikan oleh pikiran, menjadi sangat sulit untuk memiliki kontrol motor yang lengkap untuk melakukan hal-hal seperti menyentuh atau menggenggam.

Tim bioinsinyur dari University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs telah merincikan dalam sebuah makalah Science bagaimana stimulasi otak yang memicu sensasi taktil dapat membuat pengguna lebih mudah mengoperasikan lengan robotik yang dikendalikan otak.

Mengurangi Waktu Menggenggam dan Memindahkan

Tim melakukan eksperimen yang menunjukkan bahwa melengkapi visi dengan persepsi taktil buatan mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk menggenggam dan memindahkan objek menjadi setengahnya. Waktu median 20,9 detik turun menjadi 10,2 detik.

Jennifer Collinger adalah co-penulis senior dan profesor asosiasi Ph.D. di Departemen Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi Pitt.

“Dalam beberapa hal, ini adalah apa yang kami harapkan akan terjadi — tetapi mungkin tidak sebesar yang kami amati,” kata Collinger. “Umpan balik sensorik dari anggota tubuh dan tangan sangat penting untuk melakukan hal-hal normal dalam kehidupan sehari-hari, dan ketika umpan balik itu tidak ada, kinerja orang menjadi terganggu.”

Partisipan Studi

Partisipan studi adalah Nathan Copeland, yang menjadi orang pertama yang memiliki array elektroda kecil yang ditanamkan tidak hanya di korteks motor otaknya, tetapi juga di korteks somatosensori, yang merupakan area otak yang memproses informasi sensorik dari tubuh.

Array tersebut memungkinkan dia untuk mengendalikan lengan robotik dengan pikirannya dan menerima umpan balik sensorik taktil, yang juga mirip dengan cara kerja sirkuit neural.

“Saya sudah sangat familiar dengan sensasi yang dihasilkan oleh stimulasi dan melakukan tugas tanpa stimulasi. Meskipun sensasi itu tidak ‘alami’ — terasa seperti tekanan dan getaran lembut — itu tidak mengganggu saya,” kata Copeland. “Tidak ada titik di mana saya merasa seperti stimulasi adalah sesuatu yang harus saya biasakan. Melakukan tugas sambil menerima stimulasi hanya berjalan bersama seperti PB&J.”

Copeland terlibat dalam kecelakaan mobil yang mengakibatkan dia memiliki penggunaan terbatas pada lengannya, sehingga dia mendaftar dalam uji klinis pengujian antarmuka komputer-otak (BCI) sensorimotor mikroelektroda. Dia ditanamkan dengan empat array mikroelektroda yang dikembangkan oleh Blackrock Microsystems.

Operator BCI melakukan serangkaian tes yang memerlukan pengangkatan dan pemindahan beberapa objek dari meja ke platform yang ditinggikan. Umpan balik taktil disediakan melalui stimulasi listrik, yang memungkinkan partisipan untuk menyelesaikan tugas dua kali lebih cepat dibandingkan dengan tanpa stimulasi.

Robert Gaunt adalah co-penulis senior dan profesor asosiasi Ph.D. di Departemen Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi Pitt.

“Kami tidak ingin membatasi tugas dengan menghilangkan komponen visual persepsi,” kata Gaunt. “Ketika bahkan sensasi terbatas dan tidak sempurna dipulihkan, kinerja orang meningkat dalam cara yang cukup signifikan. Kami masih memiliki jalan panjang untuk membuat sensasi lebih realistis dan membawa teknologi ini ke rumah orang, tetapi semakin dekat kita dapat merekayasa input normal ke otak, semakin baik kita akan menjadi.”