Bionic Arm Taps neuer Teil des Gehirns für natürliche Bewegungen

Gedankengesteuerte prothetische Gliedmaßen sind seit einigen Jahren Realität, aber Forscher haben keine Wege gefunden, um den Menschen, die sie benutzen, die gleiche, glatte motorische Kontrolle zu geben, die Menschen über ihre natürlichen Gliedmaßen haben.

Jetzt sagt ein Team von Forschern, dass die Mitglieder einen Teil des Problems der glatten motorischen Kontrolle gelöst haben, indem sie eine künstliche Gliedmaße mit einem anderen Teil des Gehirns verbinden. Frühere Designs für bewusstseinsgesteuerte Prothesen verknüpften die künstliche Gliedmaße entweder mit dem motorischen Kortex der Person oder mit dem prämotorischen Kortex des Individuums, die beide Signale vom Gehirn zu den Gliedmaßen übertragen.

Diesmal wurden die Verbindungen zum Roboterarm in den posterioren Parietalkortex eines Patienten verdrahtet, der sich auf der Seite des Kopfes nahe dem Ohr befindet.

"Die Formen sind die ursprünglichen Pläne, Bewegungen zu machen", sagte Richard Andersen, Professor für Neurowissenschaften am California Institute of Technology und einer der Forscher, die die neue Prothese entwickelten. Zum Beispiel, wenn eine Person beschließt, eine Kaffeetasse zu greifen, umreißt der posteriore parietale Kortex die Bewegungsschritte, dann übersetzen die motorischen Cortexen 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. "Anstatt" Ich möchte die Muskeln kontrollieren ", können wir mit intelligenter Robotik die feinen Details der Bewegung, die eine Person machen möchte, herausfinden.

In einem Bericht, der in der Zeitschrift Science am 22. Mai veröffentlicht wurde, erklären die Forscher, wie sie den posterioren parietalen Kortex eines Patienten, Erik G. Sorto, mit einem Computer verbanden, der als eine Art künstlicher motorischer Kortex agierte. Der Computer benutzte spezifische Signale aus dem parietalen Kortex, um zu erkennen, welche Art von Bewegung Sorto beabsichtigte, und übertrug diese dann in Signale für den Roboterarm.

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

Sortos Fähigkeit, einen Sud zu trinken, kam von der Tatsache, dass die Signale vom parietalen Kortex dem Computer die allgemeine Bewegungsbahn der Bewegung, die Sorto machen wollte, mitteilten, und der Computer konnte die Bewegungen des künstlichen Arms glätten, so dass sie denen eines a ähnelten echter Arm. Andere mit dem Gehirn verbundene bionische Arme zielen darauf ab, die motorischen Signale zu decodieren, die mit einzelnen Bewegungen verbunden sind, wie zum Beispiel einen Arm zu heben, indem man sich einen einzelnen Muskel kontrahiert, aber in der neuen Prothese sah der Computer das ganze Bild von Sortos Absicht Mach nur - hol das Bier, sagte Andersen.

Sorto kann den Arm nicht nach Hause nehmen und ihn jeden Tag noch benutzen - die Prothese ruht immer noch auf einem Tisch im Labor für weitere Forschungen. Aber Anderson sagte, er hoffe, dass die Forscher Genehmigungen erhalten können, so dass Sorto es außerhalb des Labors verwenden kann.

Andersen arbeitet mit zwei anderen Patienten in den Vereinigten Staaten, die auch Prothesen mit Neuralimplantaten haben. Man bekommt sogar eine Rückmeldung vom Arm - ein Gefühl der Berührung, sagte Andersen. Für die neue Prothese ist noch nicht klar, wie sich diese Wahrnehmung für einen Benutzer "fühlen" könnte, weil es viele Komponenten gibt, die in die Wahrnehmung des eigenen Körpers durch eine Person eingehen. Aber es ist wichtig, dass solche Rückmeldungen für bionische Gliedmaßen richtig funktionieren. "Wenn Sie Ihre Finger anästhesieren, finden Sie feinmotorische Kontrolle schwierig", sagte er.

Dan Moran, außerordentlicher Professor für Biomedizinische Technik an der Washington Universität in St. Louis, sagte, er sei etwas skeptisch, dass die neue Prothese eine feinere motorische Kontrolle als die bereits entwickelten Methoden der Verbindung mit bionischen Armen durch motorische und prämotorische Kortexe bot.

Aber die neue Prothese war erfolgreich darin, dass "sie beide Trajektorien entschlüsseln", und das Ziel dieser Bewegung, sagte Moran, der Motorsteuerung und Prothesen studiert, aber nicht an der neuen Forschung beteiligt war. In der neuen Prothese, "was ist anders ist die Gehirn-Bereich verwendet: gegenüber dem Prämotor", sagte er.

Krishna Shenoy, ein Professor für Elektrotechnik, der in Stanford Neuralprothesen erforscht, war von der neuen Prothese begeistert. "Dies ist eindeutig die allererste Aufnahme von posteriorem Parietalkortex beim Menschen im Zusammenhang mit der Qualifizierung der Signale für die Verwendung in Prothesen", sagte er. "Es ist wichtig, viele Hirnareale auf eine mögliche Verwendung in Prothesen hin zu untersuchen, da verschiedene Bereiche durchaus unterschiedliche Vorteile haben können."

"Dies ist ein hervorragendes Beispiel für diesen wichtigen biomedizinischen und ingenieurwissenschaftlichen Forschungsweg", sagte Shenoy.

Andersen sagte, er wolle weiter an der Weiterentwicklung des Systems arbeiten. Ein weiterer Schritt wird sein, dem Patienten die Kontrolle über einzelne Ziffern zu geben.

Schließlich könnte eine Kombination von Techniken die bionischen Arme für viele Patienten zur Realität werden lassen. "[Sorto] war angenehm überrascht von der Steigerung seiner Lebensqualität", sagte Andersen.

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