Robotische ‘Derde Duim’ Verandert Hoe Hand Wordt Weergegeven in Brein

Een team van onderzoekers aan de University College London (UCL) heeft aangetoond hoe een robotische ‘Derde Duim’ de manier waarop de hand wordt weergegeven in de hersenen kan veranderen. Deelnemers werden getraind om een robotische extra duim te gebruiken, en het stelde hen in staat om dexterous taken uit te voeren met één hand met twee duimen.

Volgens het rapport van de onderzoekers, voelden de deelnemers de Duim steeds meer als onderdeel van hun lichaam.

De Manier Waarop We Prothesen Bekijken Verandert

Het apparaat heet de Derde Duim, en het werd ontwikkeld als onderdeel van een postgraduate-project aan de Royal College of Art. Het project is gericht op het veranderen van de manier waarop we prothesen bekijken, waarbij deze technologieën worden gezien als een uitbreiding van het menselijk lichaam in plaats van een vervanging.

Ontwerper Dain Clode begon eerst met het ontwikkelen van het apparaat voordat hij zich aansloot bij het team van neuroscientisten van professor Tamar Makin aan de UCL. Het team onderzocht hoe de hersenen kunnen aanpassen aan lichaamsverandering.

Professor Makin was de hoofdauteur van de studie.

“Lichaamsverandering is een groeiend veld dat gericht is op het uitbreiden van onze fysieke mogelijkheden, maar we hebben nog geen duidelijk begrip van hoe onze hersenen kunnen aanpassen aan dit soort veranderingen”, zegt Makin. “Door mensen te bestuderen die Dani’s slim ontworpen Derde Duim gebruiken, wilden we belangrijke vragen beantwoorden over of het menselijk brein een extra lichaamsdeel kan ondersteunen en hoe deze technologie onze hersenen kan beïnvloeden.”

De Derde Duim is 3D-geprint, wat betekent dat hij kan worden aangepast. Hij wordt gedragen aan de zijkant van de hand die tegenover de duim van de gebruiker zit, en hij wordt bestuurd door de gebruiker via drukgevoelige sensoren die aan de onderkant van hun voeten zijn bevestigd. De sensoren zijn draadloos verbonden met de Duim, en beiden controleren verschillende bewegingen van de Duim door te reageren op drukveranderingen van de gebruiker.

De Studie

De studie omvatte 20 deelnemers die werden getraind om het apparaat te gebruiken gedurende een periode van vijf dagen. Zij werden aangemoedigd om het apparaat mee naar huis te nemen en het te gebruiken in het dagelijks leven, wat resulteerde in twee tot zes uur draagtijd per dag. Deze 20 deelnemers werden vergeleken met een groep van 10 controlegroepdeelnemers die een statische versie van het apparaat droegen.

De training bestond uit taken die hielpen bij het vergroten van de samenwerking tussen de hand en de Duim, waaronder het oppakken van meerdere ballen of wijneglazen met één hand. De gebruikers toonden aan dat ze snel konden leren en de training hielp hen om hun motorische controle, behendigheid en hand-Duim-coördinatie succesvol te verbeteren.

“Onze studie toont aan dat mensen snel kunnen leren om een veranderingapparaat te controleren en het voor hun voordeel te gebruiken, zonder er te veel over na te denken”, zegt Clode. “We zagen dat mensen die de Derde Duim gebruikten, hun natuurlijke handbewegingen veranderden, en ze meldden ook dat de robotduim als onderdeel van hun eigen lichaam voelde.”

Lichaamsverandering

Paulina Kieliba is de eerste auteur van de studie.

“Lichaamsverandering kan op een dag waardevol zijn voor de samenleving op vele manieren, zoals het mogelijk maken voor een chirurg om zonder assistent te werken, of een fabrieksarbeider om efficiënter te werken”, zegt Kieliba. “Dit soort onderzoek kan het concept van prothesen revolutioneren en het kan iemand helpen die permanent of tijdelijk alleen één hand kan gebruiken, om alles met die hand te doen. Maar om daar te komen, moeten we blijven onderzoeken naar de complexe, interdisciplinaire vragen over hoe deze apparaten interactie hebben met onze hersenen.”

Door middel van fMRI-scans vonden de onderzoekers significante veranderingen in de manier waarop de veranderde hand werd weergegeven in de sensorimotorische cortex van de hersenen. De veranderingen leken niet langdurig te zijn, aangezien scans een week later aantoonden dat de veranderingen in hun hersengebied waren verdwenen.

“Onze studie is de eerste die het gebruik van een veranderingapparaat buiten een laboratorium onderzoekt. Het is de eerste veranderingstudie die meerdere dagen van langdurige training omvat, en de eerste met een ongetrainde vergelijkingsgroep”, zei Kieliba. “Het succes van onze studie toont de waarde aan van neuroscientisten die nauw samenwerken met ontwerpers en ingenieurs, om ervoor te zorgen dat veranderingapparaten het meeste halen uit de mogelijkheid van onze hersenen om te leren en aan te passen, en om ervoor te zorgen dat veranderingapparaten veilig kunnen worden gebruikt.”

“Evolutie heeft ons niet voorbereid om een extra lichaamsdeel te gebruiken, en we hebben ontdekt dat om onze mogelijkheden op nieuwe en onverwachte manieren uit te breiden, de hersenen de weergave van het biologische lichaam moeten aanpassen”, voegde Makin eraan toe.