Share Fast Facts
- „Brațul” controlat de minte poate mișca degete individuale. – Click to Tweet
- Proteze controlate de minte puțin mai aproape de a permite cântatul la pian. – Click to Tweet
Medicii și inginerii biomedicali de la Johns Hopkins raportează ceea ce ei cred că este primul efort reușit de a mișca degetele individual și independent unul de celălalt, folosind un „braț” artificial controlat de minte pentru a controla mișcarea.
Proba de concept, descrisă online în această săptămână în Journal of Neural Engineering, reprezintă un potențial avans în tehnologiile de restabilire a funcției rafinate a mâinii pentru cei care și-au pierdut brațele din cauza unor leziuni sau boli, spun cercetătorii. Tânărul pe care a fost efectuat experimentul nu era lipsit de un braț sau de o mână, dar el a fost echipat cu un dispozitiv care, în esență, a profitat de o procedură de cartografiere a creierului pentru a ocoli controlul propriului braț și al mâinii sale.
„Credem că aceasta este prima dată când o persoană care folosește o proteză controlată de minte a efectuat imediat mișcări individuale ale degetelor fără o pregătire extensivă”, spune autorul principal Nathan Crone, M.D., profesor de neurologie la Școala de Medicină a Universității Johns Hopkins. „Această tehnologie depășește protezele disponibile, în care degetele artificiale, sau degetele, se mișcau ca o singură unitate pentru a face o mișcare de apucare, cum ar fi cea folosită pentru a prinde o minge de tenis.
Pentru experiment, echipa de cercetare a recrutat un tânăr cu epilepsie deja programat pentru a fi supus la o cartografiere a creierului la pentru a identifica cu exactitate originea crizelor sale.
În timp ce înregistrările cerebrale au fost realizate cu ajutorul unor electrozi implantați chirurgical din motive clinice, semnalele controlează, de asemenea, un membru protetic modular dezvoltat de Laboratorul de Fizică Aplicată al Universității Johns Hopkins.
Înainte de a conecta proteza, cercetătorii au cartografiat și au urmărit părțile specifice ale creierului subiectului responsabile de mișcarea fiecărui deget, apoi au programat proteza pentru a mișca degetul corespunzător.
În primul rând, neurochirurgul pacientului a plasat o serie de 128 de senzori cu electrozi – toți pe o singură foaie dreptunghiulară de film de mărimea unui card de credit – pe partea din creierul bărbatului care controlează în mod normal mișcările mâinii și ale brațului. Fiecare senzor a măsurat un cerc de țesut cerebral cu diametrul de 1 milimetru.
Programul de calculator dezvoltat de echipa de la Johns Hopkins l-a pus pe bărbat să miște degetele individuale la comandă și a înregistrat ce părți ale creierului s-au „aprins” atunci când fiecare senzor a detectat un semnal electric.
În plus față de colectarea datelor privind părțile creierului implicate în mișcarea motorie, cercetătorii au măsurat activitatea electrică a creierului implicată în senzația tactilă. Pentru a face acest lucru, subiectul a fost echipat cu o mănușă cu bâzâitoare mici și vibrante în vârful degetelor, care se declanșau individual la fiecare deget. Cercetătorii au măsurat activitatea electrică rezultată în creier pentru fiecare conexiune a degetelor.
După ce au fost colectate datele motorii și senzoriale, cercetătorii au programat brațul protetic să miște degetele corespunzătoare în funcție de ce parte a creierului era activă. Cercetătorii au pornit brațul protetic, care era conectat la pacient prin intermediul electrozilor cerebrali, și i-au cerut subiectului să se „gândească” la mișcarea individuală a degetelor mare, arătător, mijlociu, inelar și micuț. Activitatea electrică generată în creier a mișcat degetele.
„Electrozii folosiți pentru a măsura activitatea cerebrală în acest studiu ne-au oferit o rezoluție mai bună a unei regiuni mari de cortex decât orice am folosit până acum și au permis o cartografiere spațială mai precisă în creier”, spune Guy Hotson, student absolvent și autor principal al studiului. „Această precizie este ceea ce ne-a permis să separăm controlul degetelor individuale.”
Început, membrul controlat de minte a avut o precizie de 76%. Odată ce cercetătorii au cuplat degetele inelar și degetul mic împreună, precizia a crescut la 88 la sută.
„Partea creierului care controlează degetele mic și inelar se suprapune, iar majoritatea oamenilor mișcă cele două degete împreună”, spune Crone. „Este logic că cuplarea acestor două degete a îmbunătățit acuratețea.”
cercetătorii notează că nu a fost necesară nicio pregătire prealabilă pentru ca subiectul să dobândească acest nivel de control, iar întregul experiment a durat mai puțin de două ore.
Crone avertizează că aplicarea acestei tehnologii la cei cărora le lipsesc efectiv membrele este încă peste câțiva ani și va fi costisitoare, necesitând o cartografiere extinsă și programare pe calculator. Potrivit Amputee Coalition, peste 100.000 de persoane care trăiesc în SUA au mâinile sau brațele amputate, iar majoritatea ar putea beneficia de o astfel de tehnologie.
Alți autori ai studiului sunt David McMullen, Matthew Fifer, William Anderson și Nitish Thakor de la Johns Hopkins Medicine și Matthew Johannes, Kapil Katyal, Matthew Para, Robert Armiger și Brock Wester de la Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.
Acest studiu a fost finanțat de National Institute of Neurological Disorders and Stroke (numărul de grant 1R01NS088606-01).
.