Mozkový implantát dává robotické ruce pocit dotyku

Objevuje se jeden z nejzajímavějších příkladů příslibu implantace mozku Video Ochrnutý ovládá robotickou ruku pouze svými myšlenkami. Samotná technologie je působivá, ale je to radost tváří v tvář podílu, který se poprvé po více než deseti letech napije, který vede domů k tomu, jak důležitá tato technologie může být.

I když nám ještě desítky let zbývá široké používání implantátů, stále existují náznaky pokroku ve zvyšování efektivity implantátů. Minulý týden jsme viděli implantát, který by to dokázal Převeďte fiktivní psaní na skutečný text. Tento týden výzkumná komunita navázala na robotické rameno řízené implantáty, které uživateli zasílá dotykovou zpětnou vazbu s druhým implantátem.

Přidání smyslů

Když se chystáme něco zachytit, určujeme, kde je to primárně prostřednictvím vidění. Odtamtud převezmou ostatní smysly. Lidé mají smysl zvaný propriocepce, který nám pomáhá zjistit, kde jsou naše části těla, i když nejsou viditelné. Pocit dotyku nám říká, když jsme v kontaktu s tělem, a pocit tlaku nám ukazuje, jak pevně jsme v absorpci těla. Vizuální systém se rychle stává sekundárním procesem.

Ale pro raná robotická ramena byl optický systém vše, s čím jsme se museli pohnout kupředu. Uživatelé museli při manévrování sledovat paži vizuálně a museli odhadnout, kdy budou mít pevný úchop na objekt pouhým pohledem. I když se jedná o vylepšení oproti paralýze, není to nijak zvlášť intuitivní. Vyžaduje také rozsáhlé školení a vyžaduje plnou pozornost uživatele paže. Přidání dalších smyslů by poskytlo jasné výhody.

Zatímco propriocepce je rekonstrukcí poněkud obtížným pocitem, smysly dotyku a tlaku jsou výraznější. První pokusy o reakci na dotek a tlak zahrnovaly pocit skvrny na kůži. Systém vyžadoval rozsáhlé školení, aby bylo možné převést vše, co uživatel cítil, na informace o tlaku vyvíjeném prsty robota.

Od té doby jsme ale vyvinuli dobré porozumění regionům mozku, které zpracovávají informace, které jim jsou zasílány ze senzorických neuronů v ruce. Pro nový výzkum tým implantoval dvě elektrodová pole do části mozku, která se konkrétně zabývá informacemi pocházejícími z kůže. Aktivace těchto elektrod – celkem 32 – vytvořila pocit něčeho, co interaguje s dlaní a prsty.

Nové (staré) vjemy

Účastník studie, který byl paralyzován od krku dolů, ovládal robotické rameno asi dva roky pomocí mozkových implantátů v motorické oblasti mozku. Dokáže úspěšně použít paži, a to i bez jakéhokoli pocitu. U nových experimentů se však výzkumný tým střídal mezi testy, při nichž rameno mělo další haptickou zpětnou vazbu, a testy, při nichž byl systém vypnutý. Většina testů zahrnovala uchopení předmětů různých tvarů, jejich přesunutí někam a následné upuštění.

Několik jednotlivých testů ukázalo podobný vzorec: Pocit dotyku významně zlepšil výkon. Průměrná doba dokončení sekvencí pro příjem / přenos / pokles se ve všech případech snížila, přičemž rozdíl byl statisticky významný u přibližně poloviny z nich. Jinými slovy, v době, kdy účastník dokončil devět úkolů s vypnutým dotykovým systémem, mohl dokončit více než tucet s aktivovaným systémem.

Zatímco se zlepšil každý aspekt výkonu úkolu, nejdůležitější vylepšení přišlo v procesu uchopení objektu. Čas mezi účastníkem, který se dotkl objektu paží a zvednutím předmětu ze stolu, se snížil o dvě třetiny, když byla spuštěna haptická zpětná vazba. Když byl systém vypnutý, účastník strávil více času uspořádáním ruky, aby zajistil stabilní uchopení před pohybem.

Stejně jako u psacího systému založeného na implantátech do mozku z minulého týdne měla tato studie pouze jednoho účastníka, takže budeme muset potvrdit, že systém obecně funguje, než bude příliš vzrušený. Ale není důvod být překvapen výsledky – i když si je nemusíme vždy uvědomovat, dotek a tlak hrají hlavní roli ve všem, co děláme rukama. Zaměřením na správnou oblast mozku implantát využívá systémů, které mozek již musí zvládnout tento typ smyslového vstupu.

Celkově tato práce zdůrazňuje příslib těchto implantátů – a práci, kterou nám zbývá udělat. I tento typ základního režimu má potenciál zlepšit život mnoha paralyzovaných lidí. Ale implantační technologie bude časem růst a my budeme i nadále zlepšovat naše chápání fungování příslušných oblastí mozku. V určitém okamžiku by se technologie mohla přenést do větších pokusů a potenciálně rozšířeného lékařského využití.

VědaDOI: 2021. 10.1126 / věda. abd0380 (O DOI).