ロボットの「第三の親指」が脳における手の表現を変える

ロンドン大学大学院（UCL）の研究チームは、ロボットの「第三の親指」が脳における手の表現をどのように変えるかを実証しました。参加者はロボットの追加の親指を使用するように訓練され、それにより彼らは一つの手で二つの親指を持つようにして、器用なタスクを実行することができました。

研究者によると、報告書によると、参加者は親指が自分の体の一部であるように感じることが増えました。

義肢の認識を変える

このデバイスは「第三の親指」と呼ばれています。これはロイヤル・カレッジ・オブ・アートの大学院プロジェクトの一環として開発されました。このプロジェクトは、義肢を人間の体の拡張として見ることを目的とし、置き換えとして見るのではなく、義肢の認識を変えることを目指しています。

デザイナーのDain Clodeは、UCLの神経科学者チームのTamar Makin教授に参加する前に、デバイスの開発を始めました。チームは、脳が身体の拡張にどのように適応するかを調査していました。

Makin教授は、この研究の主な著者でした。

「身体の拡張は、私たちの物理的な能力を拡大することを目的とした成長分野ですが、私たちの脳がそれに適応する方法については、まだ明確な理解が不足しています。Daniの賢く設計された第三の親指を使用する人々を調査することで、私たちは、人間の脳が追加の身体部位をサポートできるか、そして技術が私たちの脳にどのような影響を与えるかについての重要な質問に答えようとしました」とMakinは述べています。

第三の親指は3Dプリンティングによって作成されており、カスタマイズが可能です。親指の反対側の手の側面に着用され、圧力センサーが付いたユーザーの足の下側から制御されます。センサーはワイヤレスで親指に接続されており、圧力の変化に応じて親指の異なる動きを制御します。

研究

研究には、5日間でデバイスを使用するように訓練された20人の参加者が含まれました。彼らはデバイスを自宅に持ち帰り、日常生活で使用することを奨励され、1日2〜6時間の使用時間を記録しました。20人の参加者は、静的なデバイスのバージョンを着用した10人のコントロール参加者と比較されました。

訓練には、手と親指の協調性を高めるタスクが含まれていました。たとえば、一つの手で複数のボールやワイングラスを拾うことが含まれていました。ユーザーはすぐに学習する能力を示し、訓練によってモーター制御、器用さ、手と親指の協調性を改善することができました。

「私たちの研究は、人々がすぐに増強デバイスを制御し、利点を得るためにそれを使用することができることを示しています。第三の親指を使用するとき、人々は自然な手の動きを変え、ロボットの親指が自分の体の一部であるように感じたと報告しました」とClodeは述べています。

身体の拡張

Paulina Kielibaは、この研究の第一著者です。

「身体の拡張は、将来、手術医がアシスタントなしで作業したり、工場労働者が効率的に作業したりすることができるようにすることで、社会に多大な価値をもたらす可能性があります。この研究は、義肢の概念を革命的に変える可能性があり、永久的にまたは一時的に一つの手のみを使用する人々が、一つの手ですべてを行うことを可能にします。しかし、そこに到達するには、私たちがこれらのデバイスが私たちの脳とどのように相互作用するかについての複雑で、学際的な質問を継続的に調査する必要があります」とKielibaは述べています。

fMRIスキャンによって、研究者は、増強された手が脳の感覚運動野でどのように表現されるかについて、重大な変化を発見しました。変化は長期的ではなかったようです。1週間後のスキャンでは、脳の手の領域の変化が消失していたことがわかりました。

「私たちの研究は、増強デバイスの使用を調査した最初の研究です。複数日間の長時間の訓練を伴う最初の増強研究であり、未訓練の比較グループを伴う最初の研究です。私たちの研究の成功は、神経科学者、デザイナー、エンジニアが密接に協力して、増強デバイスが私たちの脳の学習能力と適応性を最大限に活用し、同時に増強デバイスを安全に使用できることを保証することの価値を示しています」とKielibaは述べています。

「進化は、私たちが追加の身体部位を使用するように準備していません。私たちが新しい、予想外の方法で私たちの能力を拡大するには、脳が生物学的な身体の表現を適応させる必要があることを発見しました」とMakinは付け加えました。