Các Kỹ sư sinh học Cải thiện Hoạt động của Tay Robot được Kiểm soát bởi Não

Khi một cá nhân vận hành một cánh tay giả, đặc biệt là công nghệ được kiểm soát bởi tâm trí, nó trở nên cực kỳ khó khăn để có kiểm soát động cơ hoàn chỉnh để làm những việc như chạm hoặc nắm.

Một nhóm các kỹ sư sinh học từ Phòng thí nghiệm Kỹ thuật thần kinh Phục hồi của Đại học Pittsburgh đã chi tiết trong một bài báo khoa học mới trên Tạp chí Khoa học cách kích thích não tạo ra cảm giác xúc giác có thể làm cho người dùng dễ dàng vận hành cánh tay robot được kiểm soát bởi não hơn.

Giảm một nửa Thời gian Nắm và Chuyển

Nhóm đã tiến hành một thí nghiệm chứng minh rằng việc bổ sung thị giác với cảm giác xúc giác nhân tạo đã giảm một nửa thời gian cần thiết để nắm và chuyển các vật thể. Thời gian trung vị là 20,9 giây đã giảm xuống 10,2 giây.

Jennifer Collinger là đồng tác giả cao cấp và giáo sư phụ tá tại Bộ môn Y học Vật lý và Phục hồi của Đại học Pittsburgh.

“Theo một cách nào đó, đây là điều chúng tôi hy vọng sẽ xảy ra – nhưng có lẽ không đến mức chúng tôi quan sát,” Collinger nói. “Phản hồi cảm giác từ các chi và tay là cực kỳ quan trọng để thực hiện các việc bình thường trong cuộc sống hàng ngày, và khi phản hồi đó bị thiếu, hiệu suất của mọi người bị suy giảm.”

Người tham gia Nghiên cứu

Người tham gia nghiên cứu là Nathan Copeland, người đã trở thành người đầu tiên có mảng điện cực nhỏ được cấy ghép không chỉ vào vỏ não vận động của não mà còn vào vỏ não cảm giác thể chất, đó là khu vực não xử lý thông tin cảm giác từ cơ thể.

Các mảng này cho phép anh ta kiểm soát cánh tay robot bằng tâm trí và nhận được phản hồi cảm giác xúc giác, cũng tương tự như cách các mạch thần kinh hoạt động.

“Tôi đã rất quen thuộc với cả cảm giác được tạo ra bởi kích thích và thực hiện nhiệm vụ mà không có kích thích. Mặc dù cảm giác không phải là ‘tự nhiên’ – nó cảm giác như áp lực và rung nhẹ – điều đó không bao giờ làm tôi khó chịu,” Copeland nói. “Không có điểm nào tôi cảm thấy như kích thích là điều tôi phải làm quen. Việc thực hiện nhiệm vụ trong khi nhận được kích thích chỉ đơn giản là phù hợp như bánh và bơ.”

Copeland đã tham gia vào một vụ tai nạn xe hơi dẫn đến việc anh ta có sử dụng hạn chế các cánh tay của mình, vì vậy anh ta đã đăng ký tham gia một thử nghiệm lâm sàng về giao diện não-máy tính (BCI) microelectrode cảm giác vận động. Anh ta đã được cấy ghép bốn mảng điện cực micro được phát triển bởi Blackrock Microsystems.

Người vận hành BCI đã thực hiện một loạt các thử nghiệm yêu cầu việc nhặt và chuyển các vật thể từ bàn đến một nền tảng nâng cao. Phản hồi xúc giác được cung cấp thông qua kích thích điện, cho phép người tham gia hoàn thành nhiệm vụ nhanh gấp đôi so với không có kích thích.

Robert Gaunt là đồng tác giả cao cấp và giáo sư phụ tá tại Bộ môn Y học Vật lý và Phục hồi của Đại học Pittsburgh.

“Chúng tôi không muốn hạn chế nhiệm vụ bằng cách loại bỏ thành phần thị giác của nhận thức,” Gaunt nói. “Khi thậm chí cảm giác hạn chế và không hoàn hảo được phục hồi, hiệu suất của người đó đã được cải thiện đáng kể. Chúng tôi vẫn còn một chặng đường dài để làm cho cảm giác trở nên thực tế hơn và đưa công nghệ này vào các ngôi nhà, nhưng càng gần với việc tái tạo các đầu vào bình thường cho não, chúng tôi sẽ càng tốt hơn.”