Robotisk ‘Tredje Tumme’ Förändrar Hur Handen Representeras I Hjärnan

Ett team av forskare vid University College London (UCL) har visat hur en robotisk “tredje tumme” kan förändra hur handen representeras i hjärnan. Individer tränades för att använda en robotisk extra tumme, och det möjliggjorde för dem att utföra precisa uppgifter med en hand och två tummar.

Enligt forskarnas rapport, kände deltagarna alltmer att tummen var en del av deras kropp.

Att Förändra Vår Syn På Proteser

Enhetsnamnet är den tredje tummen, och den utvecklades som en del av ett postgraduellt projekt vid Royal College of Art. Projektet syftar till att förändra vår syn på proteser, att se dessa teknologier som en utvidgning av den mänskliga kroppen snarare än en ersättning.

Designern Dain Clode började utveckla enheten innan han anslöt sig till professor Tamar Makins team av neurovetenskapsmän vid UCL. Teamet undersökte hur hjärnan kan anpassa sig till kroppsförstärkning.

Professor Makin var huvudförfattare till studien.

“Kroppsförstärkning är ett växande område som syftar till att utvidga våra fysiska förmågor, men vi saknar en tydlig förståelse för hur vår hjärna kan anpassa sig till det”, säger Makin. “Genom att studera människor som använder Danis smarta designade tredje tumme, försökte vi besvara viktiga frågor om huruvida den mänskliga hjärnan kan stödja en extra kroppsdel och hur tekniken kan påverka vår hjärna.”

Den tredje tummen är 3D-utskriven, vilket innebär att den kan anpassas. Den bärs på sidan av handen som är mittemot användarens tumme, och den styrs av användaren via trycksensorer som är fästa på undersidan av deras fötter. Sensorerna är trådlöst anslutna till tummen, och båda kontrollerar olika rörelser av tummen genom att svara på tryckförändringar från användaren.

Studien

Studien omfattade 20 deltagare som tränades för att använda enheten under en femdagarsperiod. De uppmuntrades att ta med den hemma och använda den i vardagslivet, vilket resulterade i två till sex timmars användning varje dag. Dessa 20 deltagare jämfördes med en ytterligare grupp om 10 kontrollpersoner som bar en statisk version av enheten.

Träningen omfattade uppgifter som hjälpte till att öka samarbetet mellan handen och tummen, inklusive att plocka upp flera bollar eller vinglas med en hand. Användarna visade en förmåga att lära sig snabbt, och träningen hjälpte dem att framgångsrikt förbättra sin motorisk kontroll, fingerfärdighet och hand-tumme-samordning.

“Vår studie visar att människor kan lära sig att kontrollera en förstärkningsenhet och använda den till sin fördel, utan att tänka för mycket”, säger Clode. “Vi såg att medan de använde den tredje tummen, förändrade människor sina naturliga handrörelser, och de rapporterade också att den robotiska tummen kändes som en del av deras egen kropp.”

Kroppsförstärkning

Paulina Kieliba är huvudförfattare till studien.

“Kroppsförstärkning kan en dag vara värdefull för samhället på många sätt, såsom att möjliggöra för en kirurg att klara sig utan en assistent, eller en fabriksarbetare att arbeta mer effektivt”, säger Kieliba. “Detta arbete kan revolutionera konceptet med proteser och hjälpa någon som permanent eller tillfälligt endast kan använda en hand, att göra allt med den handen. Men för att komma dit behöver vi fortsätta att forska om de komplicerade, tvärvetenskapliga frågorna om hur dessa enheter interagerar med vår hjärna.”

Genom fMRI-scanningar fann forskarna signifikanta förändringar i hur den förstärkta handen representerades i hjärnans sensorimotoriska cortex. Förändringarna tycktes inte vara långvariga, eftersom scanningar en vecka senare visade att förändringarna i deras hjärnans handområde hade avtagit.

“Vår studie är den första som undersöker användningen av en förstärkningsenhet utanför ett laboratorium. Det är den första förstärkningsstudien som genomfördes under flera dagar med förlängd träning, och den första som har en otränad jämförelsegrupp”, säger Kieliba. “Studiens framgång visar värdet av att neurovetenskapsmän arbetar nära samman med designers och ingenjörer, för att säkerställa att förstärkningsenheter utnyttjar vår hjärnas förmåga att lära och anpassa sig, samtidigt som de säkerställer att förstärkningsenheter kan användas säkert.”

“Evolutionen har inte förberett oss för att använda en extra kroppsdel, och vi har funnit att för att utvidga våra förmågor på nya och oväntade sätt, kommer hjärnan att behöva anpassa representationen av den biologiska kroppen”, tillade Makin.