Gli bioingegneri migliorano il funzionamento di un braccio robotico controllato dal cervello

Quando un individuo opera un braccio prostetico, specialmente una tecnologia controllata dalla mente, diventa estremamente difficile avere un controllo motorio completo per fare cose come toccare o afferrare.

Un team di bioingegneri del Rehab Neural Engineering Labs dell’Università di Pittsburgh ha dettagliato in un nuovo Science paper come la stimolazione cerebrale che evoca sensazioni tattili possa rendere più facile per un utente operare un braccio robotico controllato dal cervello.

Il tempo di afferrare e trasferire è ridotto della metà

Il team ha condotto un esperimento che ha dimostrato che integrare la visione con la percezione tattile artificiale riduceva il tempo necessario per afferrare e trasferire oggetti di metà. Il tempo mediano di 20,9 secondi scendeva a 10,2 secondi.

Jennifer Collinger è co-autore senior e professore associato di dottorato nel Dipartimento di Medicina Fisica e Riabilitazione dell’Università di Pittsburgh.

“In un certo senso, questo è ciò che speravamo sarebbe successo — ma forse non nella misura in cui l’abbiamo osservato”, ha detto Collinger. “Il feedback sensoriale dalle gambe e dalle mani è estremamente importante per fare cose normali nella nostra vita quotidiana, e quando quel feedback manca, le prestazioni delle persone sono compromesse.”

Il partecipante allo studio

Il partecipante allo studio era Nathan Copeland, che divenne il primo individuo a avere array di elettrodi miniaturizzati impiantati non solo nel cortex motorio del cervello, ma anche nel cortex somatosensoriale, che è un’area del cervello che elabora le informazioni sensoriali del corpo.

Gli array gli consentivano di controllare i bracci robotici con la mente e ricevere feedback sensoriale tattile, che è anche simile a come funzionano i circuiti neurali.

“Ero già estremamente familiare con le sensazioni generate dalla stimolazione e dall’esecuzione del compito senza stimolazione. Anche se la sensazione non è ‘naturale’ — si sente come pressione e leggero formicolio — non mi ha mai disturbato”, ha detto Copeland. “Non c’è stato un momento in cui mi sono sentito come se la stimolazione fosse qualcosa a cui dovevo abituarmi. Fare il compito mentre ricevevo la stimolazione è andato insieme come il burro di arachidi e la marmellata.”

Copeland era stato coinvolto in un incidente d’auto che gli aveva lasciato un uso limitato delle braccia, quindi si era iscritto a un trial clinico per testare l’interfaccia cervello-computer (BCI) sensorimotoria microelettrodica. Era stato impiantato con quattro array di microelettrodi sviluppati da Blackrock Microsystems.

L’operatore BCI ha eseguito una serie di test che richiedevano il sollevamento e il trasferimento di diversi oggetti da un tavolo a una piattaforma rialzata. Il feedback tattile era fornito attraverso la stimolazione elettrica, che consentiva al partecipante di completare i compiti due volte più velocemente rispetto a senza stimolazione.

Robert Gaunt è co-autore senior e professore associato di dottorato nel Dipartimento di Medicina Fisica e Riabilitazione dell’Università di Pittsburgh.

“Non volevamo limitare il compito rimuovendo la componente visiva della percezione”, ha detto Gaunt. “Quando anche una sensazione limitata e imperfetta viene ripristinata, le prestazioni della persona migliorano in modo significativo. Abbiamo ancora molto lavoro da fare per rendere le sensazioni più realistiche e portare questa tecnologia nelle case delle persone, ma più ci avviciniamo a ricreare gli input normali al cervello, meglio sarà.”