L’utilisation robotique du “ troisième pouce ” peut modifier la représentation cérébrale de la main –

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  • Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UCL, l’utilisation d’un “ troisième pouce ” robotique peut avoir un impact sur la représentation de la main dans le cerveau.

    L’équipe a formé les gens à utiliser un pouce supplémentaire robotique et a découvert qu’ils pouvaient effectuer efficacement des tâches dextre, comme la construction d’une tour de blocs, d’une seule main (maintenant avec deux pouces). Les chercheurs rapportent dans la revue Robotique scientifique que les participants formés à l’utilisation du pouce avaient de plus en plus l’impression qu’il faisait partie de leur corps.

    Le designer Dani Clode a commencé à développer le dispositif, appelé le troisième pouce, dans le cadre d’un projet d’études supérieures primé au Royal College of Art, cherchant à recadrer la façon dont nous voyons les prothèses, du remplacement d’une fonction perdue à une extension de l’humain. corps. Elle a ensuite été invitée à rejoindre l’équipe de neuroscientifiques du professeur Tamar Makin à l’UCL qui étudiaient comment le cerveau peut s’adapter à l’augmentation corporelle.

    Le professeur Makin (UCL Institute of Cognitive Neuroscience), auteur principal de l’étude, a déclaré: «L’augmentation corporelle est un domaine en pleine croissance visant à étendre nos capacités physiques, mais nous ne comprenons pas clairement comment notre cerveau peut s’y adapter. En étudiant les gens en utilisant Third Thumb intelligemment conçu par Dani, nous avons cherché à répondre à des questions clés sur la question de savoir si le cerveau humain peut supporter une partie supplémentaire du corps et comment la technologie pourrait avoir un impact sur notre cerveau.

    Le troisième pouce est imprimé en 3D, ce qui le rend facile à personnaliser, et se porte sur le côté de la main opposé au pouce réel de l’utilisateur, près du petit doigt (petit doigt). Le porteur le contrôle avec des capteurs de pression attachés à ses pieds, sous les gros orteils. Connectés sans fil au pouce, les deux capteurs d’orteil contrôlent différents mouvements du pouce en répondant immédiatement aux subtils changements de pression du porteur.

    Pour l’étude, 20 participants ont été formés à l’utilisation du pouce pendant cinq jours, au cours desquels ils ont également été encouragés à ramener le pouce à la maison chaque jour après l’entraînement pour l’utiliser dans des scénarios de la vie quotidienne, totalisant de deux à six heures de temps de port par jour. Ces participants ont été comparés à un groupe supplémentaire de 10 participants témoins qui portaient une version statique du pouce tout en suivant la même formation.

    Au cours des sessions quotidiennes dans le laboratoire, les participants ont été formés à l’utilisation du pouce en se concentrant sur des tâches qui ont aidé à augmenter la coopération entre leur main et le pouce, telles que ramasser plusieurs balles ou verres à vin d’une seule main. Ils ont appris très rapidement les bases de l’utilisation du pouce, tandis que la formation leur a permis d’améliorer avec succès leur contrôle moteur, leur dextérité et leur coordination main-pouce. Les participants ont même pu utiliser le pouce lorsqu’ils étaient distraits – construisant une tour de blocs de bois tout en faisant un problème de mathématiques – ou les yeux bandés.

    Le designer Dani Clode (UCL Institute of Cognitive Neuroscience et Dani Clode Design), qui faisait partie de l’équipe de recherche principale, a déclaré: «Notre étude montre que les gens peuvent rapidement apprendre à contrôler un appareil d’augmentation et à l’utiliser à leur avantage, sans trop réfléchir. Nous avons vu qu’en utilisant le troisième pouce, les gens ont changé leurs mouvements naturels de la main, et ils ont également signalé que le pouce robotique faisait partie de leur propre corps. “

    Première auteure de l’étude, Paulina Kieliba (UCL Institute of Cognitive Neuroscience) a déclaré: “L’augmentation corporelle pourrait un jour être précieuse pour la société de nombreuses manières, comme permettre à un chirurgien de se débrouiller sans assistant, ou à un ouvrier d’usine de travailler plus. Cette ligne de travail pourrait révolutionner le concept de prothèse et aider quelqu’un qui ne peut utiliser qu’une seule main de façon permanente ou temporaire, à tout faire avec cette main. Mais pour y arriver, nous devons continuer à rechercher les questions complexes et interdisciplinaires de la façon dont ces appareils interagissent avec notre cerveau. “

    Avant et après la formation, les chercheurs ont scanné le cerveau des participants à l’aide de l’IRMf, tandis que les participants bougeaient leurs doigts individuellement (ils ne portaient pas le pouce lorsqu’ils étaient dans le scanner). Les chercheurs ont découvert des changements subtils mais significatifs dans la façon dont la main qui avait été augmentée avec le troisième pouce (mais pas l’autre main) était représentée dans le cortex sensori-moteur du cerveau. Dans notre cerveau, chaque doigt est représenté distinctement des autres; parmi les participants à l’étude, le modèle d’activité cérébrale correspondant à chaque doigt individuel est devenu plus similaire (moins distinct).

    Une semaine plus tard, certains des participants ont été à nouveau scannés et les changements dans la zone de la main de leur cerveau se sont atténués, suggérant que les changements pourraient ne pas être à long terme, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour le confirmer.

    Paulina Kieliba a déclaré: “Notre étude est la première à étudier l’utilisation d’un appareil d’augmentation en dehors d’un laboratoire. Il s’agit de la première étude d’augmentation réalisée sur plusieurs jours d’entraînement prolongé, et la première à avoir un groupe de comparaison non formé. Le succès de notre étude montre la valeur des neuroscientifiques travaillant en étroite collaboration avec les concepteurs et les ingénieurs, pour garantir que les dispositifs d’augmentation tirent le meilleur parti de la capacité de notre cerveau à apprendre et à s’adapter, tout en garantissant que les dispositifs d’augmentation peuvent être utilisés en toute sécurité. “

    Le professeur Makin a ajouté: “L’évolution ne nous a pas préparés à utiliser une partie du corps supplémentaire, et nous avons découvert que pour étendre nos capacités de manière nouvelle et inattendue, le cerveau devra adapter la représentation du corps biologique.”

    Les chercheurs, basés à l’UCL et à l’Université d’Oxford, ont été soutenus par le Conseil européen de la recherche, Wellcome et le Sir Halley Stewart Charitable Trust.

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