Bioingeniører forbedrer drift av hjernestyrt robotarm

Når en person opererer en protesearm, spesielt en tankekontrollert teknologi, blir det ekstremt vanskelig å ha full motorisk kontroll for å gjøre ting som å berøre eller gripe.

Et team av bioingeniører fra University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs har detaljert i en ny Science -artikkel hvordan hjernestimulering som fremkaller taktil sensasjon kan gjøre det lettere for en bruker å operere en hjernestyrt robotarm. 

Grep og overførings tid halveres

Teamet utførte et eksperiment som viste at å supplere syn med kunstig taktil persepsjon halverte tiden det tok å gripe og overføre objekter. Median tiden på 20,9 sekunder falt til 10,2 sekunder. 

Jennifer Collinger er co-senior forfatter og Ph.D.-assosiert professor i Pitt-avdelingen for fysisk medisin og rehabilitering. 

“På en måte er dette hva vi håpet ville skje — men kanskje ikke i den grad vi observerte,” sa Collinger. “Sanseinformasjon fra lemmer og hender er enormt viktig for å gjøre normale ting i våre daglige liv, og når denne informasjonen mangler, er menneskers ytelse hemmet.”

Studie-deltageren

Studie-deltageren var Nathan Copeland, som ble den første personen som fikk små elektrode-arrays implantert ikke bare i hjernens motoriske cortex, men også i somatosensoryisk cortex, som er et område i hjernen som prosesserer sanseinformasjon fra kroppen. 

Arrayene gjorde det mulig for ham å kontrollere robot-armene med sin hjjerne og motta taktil sanseinformasjon, som også er lignende med hvordan neurale kredsløp fungerer. 

“Jeg var allerede ekstremt kjent med både sensasjonene generert av stimulering og utføring av oppgaven uten stimulering. Selv om sensasjonen ikke er ‘naturleg’ — den føles som trykk og en mild stikk — det irriterte meg ikke,” sa Copeland. “Det var ingen punkt hvor jeg følte at stimulering var noe jeg måtte venne meg til. Å utføre oppgaven mens jeg mottok stimulering gikk bare sammen som PB&J.”

Copeland var involvert i en bilulykke som resulterte i at han hadde begrenset bruk av armene, så han meldte seg til en klinisk prøve for testing av sensorimotorisk mikroelektrode-hjerne-datasystem (BCI). Han fikk implantert fire mikroelektrode-arrays som var utviklet av Blackrock Microsystems.

BCI-operatøren gikk gjennom en rekke tester som krevde at han plukket opp og overførte flere objekter fra et bord til en hevet plattform. Taktil informasjon ble gitt gjennom elektrisk stimulering, som gjorde det mulig for deltageren å fullføre oppgavene dobbelt så raskt sammenlignet med ingen stimulering.

Robert Gaunt er co-senior forfatter og Ph.D.-assosiert professor i Pitt-avdelingen for fysisk medisin og rehabilitering. 

“Vi ønsket ikke å begrense oppgaven ved å fjerne den visuelle komponenten av persepsjon,” sa Gaunt. “Når selv begrenset og uperfekt sensasjon blir gjenopprettet, blir personens ytelse forbedret på en ganske betydelig måte. Vi har fortsatt en lang vei å gå i forhold til å gjøre sensasjonene mer realistiske og bringe denne teknologien til menneskers hjem, men jo nærmere vi kan komme til å gjenskape de normale inngangene til hjernen, jo bedre blir vi.”