Bionic Arm tippt auf neuen Teil des Gehirns für reibungslose Bewegungen

Gedankengesteuerte Prothesen sind seit einigen Jahren Realität, aber Forscher haben keine Möglichkeiten gefunden, den Menschen, die sie verwenden, die gleiche reibungslose motorische Kontrolle zu geben, die Menschen über ihre natürlichen Gliedmaßen haben.

Jetzt, so ein Forscherteam, haben die Mitglieder einen Teil des Problems der reibungslosen Motorsteuerung gelöst, indem sie ein künstliches Glied mit einem anderen Teil des verbunden haben Gehirn. Frühere Entwürfe für gedankengesteuerte Prothesen verband das künstliche Glied entweder mit dem motorischen Kortex der Person oder mit dem prämotorischen Kortex des Individuums, die beide Signale vom Gehirn auf die Gliedmaßen übertragen.

Diesmal sind die Verbindungen zum Roboterarm wurden in eine verdrahtet Patienten posteriorer parietaler Kortex, der sich an der Seite des Kopfes in der Nähe des Ohrs befindet.

“Das [posterior parietal cortex] bildet die ersten Pläne für Bewegungen “, sagte Richard Andersen, Professor für Neurowissenschaften am California Institute of Technology und einer der Forscher, die die neue Prothese entwickelt haben. Wenn sich beispielsweise eine Person für eine Kaffeetasse entscheidet, ist das hintere Parietal Der Kortex beschreibt die Bewegungsschritte. Die motorischen Kortexe übersetzen diesen Plan in tatsächliche Signale, die an bestimmte Teile des Arms gesendet werden.

Die Forscher verwendeten Signale aus dem hinteren parietalen Kortex, “um die Absicht des Subjekts zu extrahieren”, sagte Andersen gegenüber Live Science. “Anstelle von ‘Ich möchte Muskeln kontrollieren’ können wir verwenden intelligente Robotik die feinen Details “der Bewegung herauszuarbeiten, die eine Person machen möchte.

In einem Bericht, der in der Ausgabe vom 22. Mai der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, erklären die Forscher, wie sie den hinteren parietalen Kortex eines Patienten, Erik G. Sorto, mit einem Computer verbunden haben, der als eine Art künstlicher motorischer Kortex fungierte. Der Computer verwendete bestimmte Signale aus dem parietalen Kortex, um festzustellen, welche Art von Bewegung Sorto ausführen wollte, und übersetzte diese dann in Signale für den Roboterarm.[[Video:: Tetraplegischer Patient steuert Roboter-Gliedmaßen mit seinem Gehirn]]

In einem Video der Forscher benutzte Sorto den Arm, um sich ein Bier zu servieren.

Sortos Fähigkeit, ein Gebräu zu schlürfen, beruhte auf der Tatsache, dass die Signale aus dem parietalen Kortex dem Computer die allgemeine Flugbahn der Bewegung mitteilten, die Sorto ausführen wollte, und der Computer die Bewegungen des künstlichen Arms so glätten konnte, dass sie denen eines ähnelten echter Arm. Andere Gehirn-verbundene bionische Arme haben sich zum Ziel gesetzt, die motorischen Signale zu dekodieren, die mit einzelnen Bewegungen verbunden sind, z. B. den Versuch, einen Arm zu heben, indem man sich vorstellt, dass sich ein einzelner Muskel zusammenzieht. Bei der neuen Prothese hat der Computer jedoch das gesamte Bild dessen betrachtet, was Sorto vorhatte – einfach “das bekommen” Bier “, sagte Andersen.

Sorto kann den Arm noch nicht mit nach Hause nehmen und jeden Tag benutzen – die Prothese ruht immer noch auf einem Tisch im Labor, um weitere Untersuchungen durchzuführen. Aber Anderson sagte, er hoffe, dass die Forscher Genehmigungen erhalten können, damit Sorto sie außerhalb des Labors verwenden kann.

Andersen arbeitet mit zwei anderen Patienten in den USA zusammen, die ebenfalls Prothesen haben neurale Implantate. Man bekommt sogar ein Feedback vom Arm – ein Tastsinn, sagte Andersen. Für die neue Prothese ist noch nicht klar, wie sich eine solche Wahrnehmung für einen Benutzer “anfühlen” könnte, da es viele Komponenten gibt, die in die Wahrnehmung des eigenen Körpers einer Person einfließen. Es ist jedoch wichtig, ein solches Feedback zu haben, damit die bionischen Gliedmaßen richtig funktionieren. “Wenn Sie Ihre Finger betäuben, fällt Ihnen die Feinmotorik schwer”, sagte er.

Dan Moran, außerordentlicher Professor für biomedizinische Technik an der Washington University in St. Louis, sagte, er sei etwas skeptisch, dass die neue Prothese eine feinere Motorsteuerung biete als bereits entwickelte Methoden zur Verbindung mit bionischen Armen über motorische und prämotorische Kortex.

Aber die neue Prothese war erfolgreich darin, “dass sie beide entschlüsseln [the movement’s] Flugbahn “und das Ziel dieser Bewegung”, sagte Moran, der Motorik und Prothesen studiert, aber nicht an der neuen Forschung beteiligt war. Bei der neuen Prothese “unterscheidet sich der verwendete Gehirnbereich: [posterior parietal cortex] gegen den Vormotor “, sagte er.

Krishna Shenoy, Professor für Elektrotechnik, der in Stanford Neuroprothesen studiert, war von der neuen Prothese begeistert. “Dies ist eindeutig die allererste Aufnahme von [the] posteriorer parietaler Kortex beim Menschen im Zusammenhang mit der Qualifizierung der Signale für die Verwendung in Prothesen “, sagte er.” Es ist wichtig, viele Gehirnbereiche auf eine mögliche Verwendung in Prothesen zu untersuchen, da verschiedene Bereiche durchaus unterschiedliche Vorteile haben können. “

“Dies ist ein hervorragendes Beispiel für diesen wichtigen Forschungspfad in den Bereichen Biomedizin und Technik”, sagte Shenoy.

Andersen sagte, er plane, weiter an der Verbesserung des Systems zu arbeiten. Ein weiterer Schritt besteht darin, dem Patienten die Kontrolle über einzelne Ziffern zu geben.

Schließlich könnte eine Kombination von Techniken bionische Arme für viele Patienten Wirklichkeit werden lassen. “”[Sorto] war angenehm überrascht über die Zunahme seiner Lebensqualität“, Sagte Andersen.

Die Studie erscheint in der Ausgabe vom 22. Mai der Zeitschrift Wissenschaft.

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