Robotisk ‘tredje tommel’ endrer hvordan hånden representeres i hjernen

Et team av forskere ved University College London (UCL) har demonstrert hvordan en robotisk «tredje tommel» kan endre hvordan hånden representeres i hjernen. Individer ble trent til å bruke en robotisk ekstra tommel, og det enablet dem til å gjøre dyktige oppgaver med en hånd med to tomler. 

Ifølge forskernes rapport, følte deltakerne stadig mer at tommelen var en del av deres eget legeme. 

Endrer måten vi ser på proteser 

Enheten kalles den tredje tommelen, og den ble utviklet som en del av et masterprosjekt ved Royal College of Art. Prosjektet er rettet mot å endre måten vi ser på proteser, og å se disse teknologiene som en utvidelse av det menneskelige legemet, snarere enn en erstatning. 

Designer Dain Clode begynte å utvikle enheten før han ble med i Professor Tamar Makins team av nevroforskere ved UCL. Teamet undersøkte hvordan hjernen kan tilpasse seg kroppsutvidelse. 

Professor Makin var hovedforfatter av studien. 

“Kroppsutvidelse er et voksende felt som retter seg mot å utvide våre fysiske evner, men vi mangler en klar forståelse av hvordan hjernen kan tilpasse seg det,” sier Makin. “Ved å studere mennesker som bruker Danis smarte design av den tredje tommelen, forsøkte vi å besvare nøkkelspørsmål om hvorvidt det menneskelige hjernen kan støtte en ekstra kroppsdel, og hvordan teknologien kan påvirke hjernen vår.” 

Den tredje tommelen er 3D-utskrevet, hvilket betyr at den kan tilpasses. Den bæres på siden av hånden som er motsatt av brukerens tommel, og den styres av brukeren via trykksensorer festet til undersiden av deres føtter. Sensorene er trådløst koblet til tommelen, og begge styrer forskjellige bevegelser av tommelen ved å reagere på trykkendringer fra brukeren. 

Studien 

Studien omfattet 20 deltakere som ble trent til å bruke enheten over en fem-dagers periode. De ble oppmuntret til å ta den med hjem og bruke den i daglig liv, noe som resulterte i to til seks timers bæring hver dag. Disse 20 deltakerne ble sammenlignet med en ekstra gruppe på 10 kontroll-deltakere som bar en statisk versjon av enheten. 

Treningen omfattet oppgaver som hjalp til å øke samarbeidet mellom hånden og tommelen, inkludert å plukke opp flere baller eller vin-glass med en hånd. Brukerne demonstrerte en evne til å lære raskt, og treningen hjalp dem til å forbedre sin motoriske kontroll, fingernemhet og hånd-tommel-koordinasjon. 

“Vår studie viser at mennesker kan raskt lære å kontrollere en utvidelses-enhet og bruke den til deres fordel, uten å tenke for mye,” sier Clode. “Vi så at mens de brukte den tredje tommelen, endret menneskene sine naturlige håndbevegelser, og de rapporterte også at den robotiske tommelen føltes som en del av deres eget legeme.” 

Kroppsutvidelse

Paulina Kieliba er første forfatter av studien. 

“Kroppsutvidelse kan en dag være verdifullt for samfunnet på mange måter, som å enable en kirurg til å klare seg uten en assistent, eller en fabrikkarbeider til å arbeide mer effektivt,” sier Kieliba. “Dette arbeidet kan revolusjonere konseptet med proteser, og det kan hjelpe noen som permanent eller midlertidig bare kan bruke en hånd, til å gjøre alt med den hånden. Men for å komme dit, må vi fortsette å forske på de kompliserte, tverrfaglige spørsmålene om hvordan disse enhetene samhandler med hjernen vår.” 

Gjennom fMRI-skanninger, fant forskerne betydelige endringer i hvordan den utvidede hånden ble representert i hjernens sensorimotoriske cortex. Endringene syntes ikke å være langvarige, da skanninger en uke senere viste at endringene i hjernens hånd-område hadde avtatt. 

“Vår studie er den første som undersøker bruken av en utvidelses-enhet utenfor et laboratorium. Det er den første utvidelses-studien som er gjennomført over flere dager med forlengede treningsperioder, og den første som har en uutdannet sammenligningsgruppe,” sier Kieliba. “Suksessen til vår studie viser verdien av at nevroforskere samarbeider tett med designere og ingeniører, for å sikre at utvidelses-enhetene utnytter vår hjernens evne til å lære og tilpasse seg, samtidig som vi sikrer at utvidelses-enhetene kan brukes trygt.” 

“Evolution har ikke forberedt oss på å bruke en ekstra kroppsdel, og vi har funnet ut at for å utvide våre evner på nye og uventede måter, må hjernen tilpasse seg representasjonen av det biologiske legemet,” la Makin til.