La stimulation cérébrale évoquant le sens du toucher améliore le contrôle du bras robotique –

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  • La plupart des personnes valides prennent leur capacité à effectuer des tâches quotidiennes simples pour acquises – lorsqu’elles prennent une tasse de café chaude, elles peuvent sentir son poids et sa température et ajuster leur prise en conséquence afin qu’aucun liquide ne soit renversé. Les personnes ayant un contrôle sensoriel et moteur complet de leurs bras et de leurs mains peuvent sentir qu’elles sont entrées en contact avec un objet au moment où elles le touchent ou le saisissent, ce qui leur permet de commencer à le bouger ou à le soulever en toute confiance.

    Mais ces tâches deviennent beaucoup plus difficiles lorsqu’une personne utilise un bras prothétique, sans parler d’un bras contrôlé par l’esprit.

    Dans un article publié aujourd’hui dans La science, une équipe de bio-ingénieurs de l’Université de Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs décrit comment l’ajout d’une stimulation cérébrale qui évoque des sensations tactiles permet à l’opérateur de manipuler plus facilement un bras robotique contrôlé par le cerveau. Dans l’expérience, compléter la vision par une perception tactile artificielle a réduit de moitié le temps passé à saisir et à transférer des objets, d’un temps médian de 20,9 à 10,2 secondes.

    “Dans un sens, c’est ce que nous espérions – mais peut-être pas dans la mesure où nous l’avons observé”, a déclaré la co-auteur principal Jennifer Collinger, Ph.D., professeure agrégée au Département de médecine physique et de réadaptation de Pitt. “La rétroaction sensorielle des membres et des mains est extrêmement importante pour faire des choses normales dans notre vie quotidienne, et quand cette rétroaction fait défaut, les performances des gens sont altérées.”

    Le participant à l’étude Nathan Copeland, dont les progrès ont été décrits dans l’article, est la première personne au monde à avoir été implantée avec de minuscules réseaux d’électrodes non seulement dans le cortex moteur de son cerveau, mais également dans son cortex somatosensoriel – une région du cerveau qui traite informations sensorielles du corps. Les tableaux lui permettent non seulement de contrôler le bras robotique avec son esprit, mais également de recevoir un retour sensoriel tactile, ce qui est similaire au fonctionnement des circuits neuronaux lorsque la moelle épinière d’une personne est intacte.

    «J’étais déjà très familier avec les sensations générées par la stimulation et l’exécution de la tâche sans stimulation. Même si la sensation n’est pas« naturelle »- c’est comme une pression et un léger picotement – cela ne m’a jamais dérangé», a déclaré Copeland. “Il n’y avait pas vraiment de moment où je sentais que la stimulation était quelque chose auquel je devais m’habituer. Faire la tâche tout en recevant la stimulation allait de pair comme PB&J.”

    Après un accident de voiture qui l’a laissé avec une utilisation limitée de ses bras, Copeland s’est inscrit dans un essai clinique testant l’interface cerveau-ordinateur de la microélectrode sensorimotrice (BCI) et a été implanté avec quatre réseaux de microélectrodes développés par Blackrock Microsystems (également communément appelés tableaux Utah. ).

    Cet article est un pas en avant par rapport à une étude antérieure qui décrivait pour la première fois comment des régions sensorielles stimulantes du cerveau utilisant de minuscules impulsions électriques peuvent évoquer des sensations dans des régions distinctes de la main d’une personne, même si elle a perdu la sensation dans ses membres à cause de la moelle épinière. blessure. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont combiné la lecture des informations du cerveau pour contrôler le mouvement du bras robotique avec la réécriture des informations pour fournir une rétroaction sensorielle.

    Dans une série de tests, où l’opérateur BCI a été invité à ramasser et transférer divers objets d’une table à une plate-forme surélevée, fournir un retour tactile par stimulation électrique a permis au participant d’accomplir des tâches deux fois plus rapidement que les tests sans stimulation.

    Dans le nouvel article, les chercheurs voulaient tester l’effet de la rétroaction sensorielle dans des conditions qui ressembleraient le plus possible au monde réel.

    “Nous ne voulions pas limiter la tâche en supprimant la composante visuelle de la perception”, a déclaré le co-auteur principal Robert Gaunt, Ph.D., professeur agrégé au Département de médecine physique et de réadaptation de Pitt. «Lorsque la sensation même limitée et imparfaite est rétablie, les performances de la personne s’améliorent de manière assez significative. Nous avons encore un long chemin à parcourir pour rendre les sensations plus réalistes et amener cette technologie chez les gens, mais plus nous pouvons nous rapprocher pour recréer les entrées normales du cerveau, mieux nous serons. “

    Ce travail a été soutenu par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et le Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific) dans le cadre du contrat n ° N66001-16-C-4051 et le programme Revolutionizing Prosthetics (contrat n ° N66001-10- C-4056).

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de Pittsburgh. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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