Bioinżynierowie poprawiają działanie sterowanego mózgiem ramienia robota

Kiedy osoba używa protezy ramienia, szczególnie technologii sterowanej umysłem, staje się bardzo trudno uzyskać pełną kontrolę motoryczną, aby wykonywać czynności takie jak dotykanie lub chwytanie.

Zespół bioinżynierów z Rehab Neural Engineering Labs Uniwersytetu w Pittsburghu opisał w nowym Science artykule, jak stymulacja mózgu, która wywołuje wrażenia dotykowe, może ułatwić użytkownikowi sterowanie ramieniem robota sterowanym umysłem.

Czas chwytania i przenoszenia skrócony o połowę

Zespół przeprowadził eksperyment, który wykazał, że uzupełnienie wzroku sztucznym odczuciem dotykowym skróciło czas potrzebny do chwytania i przenoszenia obiektów o połowę. Mediana czasu wynosiła 20,9 sekund i spadła do 10,2 sekund.

Jennifer Collinger jest współautorem i profesorem nadzwyczajnym w Wydziale Medycyny Fizycznej i Rehabilitacji Uniwersytetu w Pittsburghu.

“W pewnym sensie, to było to, czego się spodziewaliśmy, ale może nie do tego stopnia, jaki zaobserwowaliśmy”, powiedział Collinger. “Wrażenia sensoryczne z kończyn i rąk są ogromnie ważne dla wykonywania normalnych czynności w naszym codziennym życiu, a gdy te wrażenia są nieobecne, ludzie mają pogorszoną wydajność.”

Uczestnik badania

Uczestnikiem badania był Nathan Copeland, który jako pierwszy człowiek miał wszczepione małe elektrody w korze mózgowej, a także w korze somatosensorycznej, czyli obszarze mózgu, który przetwarza informacje sensoryczne z ciała.

Elektrody umożliwiły mu kontrolę ramion robota umysłem i otrzymywanie wrażeń sensorycznych, co jest podobne do tego, jak działają obwody neuronalne.

“Byłem już bardzo zaznajomiony z wrażeniami wywoływanymi przez stymulację i wykonywaniem zadania bez stymulacji. Chociaż wrażenie nie jest ‘naturalne’ – czuje się jak nacisk i delikatne mrowienie – nigdy mnie to nie przeszkadzało”, powiedział Copeland. “Nie było naprawdę żadnego momentu, w którym czułem, że stymulacja jest czymś, do czego muszę się przyzwyczaić. Wykonywanie zadania podczas otrzymywania stymulacji było po prostu jak PB&J.”

Copeland był zaangażowany w wypadek samochodowy, który spowodował, że ma ograniczoną użyteczność ramion, więc wziął udział w badaniu klinicznym testującym interfejs mózg-komputer (BCI). Został wszczepiony z czterema mikroelektrodami opracowanymi przez Blackrock Microsystems.

Operator BCI przeszedł przez serię testów, które wymagały podnoszenia i przenoszenia kilku obiektów z tabeli na podwyższoną platformę. Wrażenia dotykowe były dostarczane przez stymulację elektryczną, co umożliwiło uczestnikowi wykonanie zadań dwa razy szybciej w porównaniu z brakiem stymulacji.

Robert Gaunt jest współautorem i profesorem nadzwyczajnym w Wydziale Medycyny Fizycznej i Rehabilitacji Uniwersytetu w Pittsburghu.

“Nie chcieliśmy ograniczać zadania przez usunięcie składnika wzrokowego percepcji”, powiedział Gaunt. “Gdy nawet ograniczone i niedoskonałe wrażenie jest przywrócone, wydajność osoby poprawia się w dość znaczący sposób. Jeszcze mamy długi sposób do przebycia, aby uczynić wrażenia bardziej realistycznymi i przynieść tę technologię do domów ludzi, ale im bliżej możemy zbliżyć się do odtworzenia normalnych wejść do mózgu, tym lepiej będziemy.”