Roboticzny “Trzeci Kciuk” Zmienia Sposób, w Jaki Ręka Jest Reprezentowana w Mózgu

Zespół badaczy z University College London (UCL) udowodnił, jak roboticzny “Trzeci Kciuk” może zmienić sposób, w jaki ręka jest reprezentowana w mózgu. Osoby, które zostały przeszkolone do używania roboczego dodatkowego kciuka, mogły wykonywać zręczne zadania jedną ręką z dwoma kciukami.

Według raportu badaczy raportu, uczestnicy coraz bardziej czuli, że kciuk jest częścią ich ciała.

Zmieniając Sposób, w Jaki Widzimy Protezy

Urządzenie nazywa się Trzeci Kciuk, a zostało opracowane w ramach projektu podyplomowego w Royal College of Art. Projekt ma na celu zmianę sposobu, w jaki widzimy protezy, traktując te technologie jako rozszerzenie ludzkiego ciała, a nie jego zastępstwo.

Projektant Dain Clode rozpoczął rozwój urządzenia przed dołączeniem do zespołu neuronaukowców profesora Tamar Makin w UCL. Zespół badał, jak mózg może dostosować się do augmentacji ciała.

Profesor Makin była głównym autorem badania.

“Augmentacja ciała to rozwijająca się dziedzina, której celem jest rozszerzenie naszych fizycznych możliwości, jednak brakuje nam jasnego zrozumienia, jak nasze mózgi mogą dostosować się do tego”, mówi Makin. „Poprzez badanie ludzi korzystających z Trzeciego Kciuka, stworzonego przez Dani, staraliśmy się odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące tego, czy ludzki mózg może wspierać dodatkową część ciała i jak ta technologia może wpłynąć na nasz mózg”.

Trzeci Kciuk jest drukowany w technice 3D, co oznacza, że może być dostosowany do indywidualnych potrzeb. Noszony jest na stronie ręki przeciwnej do kciuka użytkownika i sterowany jest przez użytkownika za pomocą czujników ciśnienia przymocowanych do spodu jego stóp. Czujniki są połączone bezprzewodowo z Kciukiem, a oba kontrolują różne ruchy Kciuka w odpowiedzi na zmiany ciśnienia od użytkownika.

Badanie

W badaniu wzięło udział 20 uczestników, którzy zostali przeszkoleni do używania urządzenia przez okres pięciu dni. Zachęcano ich do zabrania urządzenia do domu i używania go w codziennym życiu, co skutkowało od dwóch do sześciu godzin użytkowania dziennie. Ci 20 uczestników zostali porównani do dodatkowej grupy 10 uczestników kontrolnych, którzy nosili statyczną wersję urządzenia.

Szkolenie obejmowało zadania, które pomagały zwiększyć współpracę między ręką a Kciukiem, w tym podnoszenie wielu piłek lub kieliszków wina jedną ręką. Użytkownicy wykazali zdolność do szybkiego uczenia się i szkolenie pomogło im poprawić kontrolę motoryczną, zręczność i koordynację ręki i Kciuka.

“Nasze badanie pokazuje, że ludzie mogą szybko nauczyć się kontrolować urządzenie augmentacyjne i używać go dla swojej korzyści, bez nadmiernego myślenia”, mówi Clode. „Zobaczyliśmy, że podczas używania Trzeciego Kciuka, ludzie zmieniali swoje naturalne ruchy ręki, a także zgłaszali, że roboczy kciuk czuł się jak część ich własnego ciała”.

Augmentacja Ciała

Paulina Kieliba jest pierwszym autorem badania.

“Augmentacja ciała może być jednego dnia bardzo wartościowa dla społeczeństwa na wiele sposobów, takich jak umożliwienie chirurgowi pracy bez asystenta lub pracownikowi fabrycznemu pracy bardziej wydajnie”, mówi Kieliba. „Ta linia badań może rewolucjonizować pojęcie protez i może pomóc komuś, kto na stałe lub tymczasowo może używać tylko jednej ręki, aby wykonywać wszystko jedną ręką. Ale aby to osiągnąć, musimy kontynuować badania skomplikowanych, interdyscyplinarnych pytań dotyczących tego, jak te urządzenia oddziałują z naszymi mózgami”.

Przez skany fMRI, badacze stwierdzili znaczne zmiany w sposobie, w jaki zwiększona ręka była reprezentowana w korze sensorimotorycznej mózgu. Zmiany nie wydawały się być długoterminowe, ponieważ skany tydzień później wykazały, że zmiany w obszarze ręki mózgu ustąpiły.

“Nasze badanie jest pierwszym, które badało użycie urządzenia augmentacyjnego poza laboratorium. Jest to pierwsze badanie augmentacji prowadzone przez wiele dni szkolenia, a także pierwsze, które miało nieprzeszkolona grupę porównawczą”, mówi Kieliba. „Sukces naszego badania pokazuje wartość współpracy neuronaukowców z projektantami i inżynierami, aby zapewnić, że urządzenia augmentacyjne wykorzystują najlepiej możliwości naszych mózgów do uczenia się i adaptacji, a także zapewniają, że urządzenia augmentacyjne mogą być używane bezpiecznie”.

“Ewolucja nie przygotowała nas do używania dodatkowej części ciała, a my stwierdziliśmy, że aby rozszerzyć nasze możliwości w nowy i nieoczekiwany sposób, mózg będzie musiał dostosować reprezentację biologicznego ciała”, dodaje Makin.