Біоінженери покращили роботу мозково-контрольованої роботизованої руки

Коли людина керує протезною рукою, особливо технологією, контрольованою думкою, стає дуже складно мати повний контроль руху, щоб робити речі, такі як доторкнутися або схопити.

Команда біоінженерів з Університету Піттсбурга Rehab Neural Engineering Labs детально описала в новій Science статті, як стимуляція мозку, що викликає тактильні відчуття, може полегшити користувачеві керування мозково-контрольованою роботизованою рукою. 

Час захоплення та передачі скорочено вдвічі

Команда провела експеримент, який показав, що доповнення зору штучним тактильним сприйняттям скорочує час, необхідний для захоплення та передачі об’єктів вдвічі. Медіана часу 20,9 секунди скоротилася до 10,2 секунди. 

Дженніфер Коллінджер є співавтором і доцентом кафедри фізичної медицини та реабілітації університету Піттсбурга. 

“У певному сенсі, це те, чого ми сподівалися, але, можливо, не в такому ступені, як ми спостерігали”, – сказала Коллінджер. “Сенсорна зворотня зв’язок від кінцівок і рук дуже важлива для виконання звичайних дій у нашому повсякденному житті, і коли ця зворотня зв’язок відсутня, робота людей погіршується.”

Учасник дослідження

Учасником дослідження був Натан Копеланд, який став першим людиною, якій імплантовані мініатюрні електродні масиви не тільки в моторну кору мозку, але й у соматосенсорну кору, яка обробляє сенсорну інформацію від тіла. 

Масиви дозволили йому керувати роботизованою рукою думкою і отримувати тактильну сенсорну зворотню зв’язок, яка також схожа на роботу нейронних циркутів. 

“Я вже був дуже знайомий з відчуттями, які генерувалися стимуляцією, і виконанням завдання без стимуляції. Хоча відчуття не є ‘природнім’ – воно відчувається як тиск і легке поколювання – це ніколи не турбувало мене”, – сказав Копеланд. “Не було жодної точки, в якій я відчував би, що стимуляція була чимось, до чого потрібно звикнути. Виконання завдання під час отримання стимуляції просто поєднувалося, як арахісове масло і джем.”

Копеланд був учасником автомобільної аварії, в результаті якої у нього залишилося обмежене використання рук, тому він вступив у клінічне дослідження тестування сенсомоторного мікроелектродного інтерфейсу мозку-комп’ютера (BCI). Він був імплантований чотирма мікроелектродними масивами, розробленими компанією Blackrock Microsystems.

Оператор BCI пройшов серію тестів, які вимагали підняття та передачі декількох об’єктів з столу на підвищену платформу. Тактильна зворотня зв’язок надавалася через електричну стимуляцію, яка дозволила учаснику виконувати завдання вдвічі швидше порівняно з відсутністю стимуляції.

Роберт Гаунт є співавтором і доцентом кафедри фізичної медицини та реабілітації університету Піттсбурга. 

“Ми не хотіли обмежувати завдання, видаливши візуальний компонент сприйняття”, – сказав Гаунт. “Коли навіть обмежене і недосконале відчуття відновлюється, робота людини покращується досить суттєво. Ми ще маємо довгий шлях у розвитку відчуттів і приведення цієї технології до людей, але чим ближче ми зможемо наблизитися до відновлення нормальних входів у мозок, тим краще для нас буде.”