211service.com
Patiënt toont nieuwe behendigheid met hersengestuurde robotarm
Een vrouw die onder de nek volledig verlamd is, heeft het vermogen herwonnen om uit te reiken en te communiceren met de wereld om haar heen dankzij de meest geavanceerde hersen-computerinterface tot nu toe voor het bedienen van een robotarm.
In februari implanteerden chirurgen twee vier millimeter bij vier millimeter elektrode-arrays in de motorische cortex van de deelnemer, het gebied van de hersenen dat bewegingen initieert. Elke chip heeft 96 elektroden en is via de schedel verbonden met een computer die haar gedachten vertaalt in signalen voor de robotarm. Het werk, uitgevoerd door onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh, wordt gerapporteerd in het laatste nummer van de lancet .
Mind-control: Jan Scheuermann drijft een robotprothese aan met haar gedachten, die worden geregistreerd door elektroden in haar hersenen en vervolgens worden geïnterpreteerd door een computer.
Het werk is de nieuwste vooruitgang om te laten zien hoe hersengestuurde interfacetechnologie enige beweging in quadriplegie kan herstellen. In mei van dit jaar beschreven onderzoekers van Brown University hoe een verlamde patiënt een robotarm kon gebruiken om basistaken uit te voeren, waaronder zichzelf een slok koffie geven (zie Brain Chip helpt quadriplegici om robotarmen te bewegen met hun gedachten). De deelnemer aan de nieuwe studie heeft twee keer zoveel elektroden in haar hersenen als de vrouw in de Brown-studie en kan complexere handbewegingen demonstreren met haar robotledematen.
We reproduceren meer een natuurlijke en realistische beweging van arm en hand, zegt Andrew Schwartz , een neurowetenschapper aan de Universiteit van Pittsburgh en de hoofdauteur van het onderzoek.
Sommige experts waarschuwen echter dat het moeilijk is om conclusies te trekken over het potentieel van de technologie uit een enkel geval.
Tijdelijke afbeelding voor Miguel Nicolelis , een hersen-machine interface-onderzoeker aan de Duke University, merkt op dat het opnemen van meer neuronen het mogelijk maakt om de precisie en complexiteit in de bewegingen van aangesloten apparaten te verbeteren. Hij voegt er echter aan toe dat het moeilijk te zeggen is van hoeveel neuronen het Pittsburgh-team daadwerkelijk aan het opnemen was. Er is weinig documentatie van het hersensignaal, zegt Nicolelis van de Lancet papier waarin het werk wordt beschreven. Het zou echt geweldig zijn als ze de grens van 200 neuronen hadden bereikt, maar daar lijkt geen documentatie van te zijn, zegt hij.
De Lancet studie beschrijft de voortgang van de vrouw terwijl ze de robotarm bediende gedurende 13 weken. Nadat de elektroden in haar hersenen waren geïmplanteerd, begon ze haar training door naar de arm te kijken en zich voor te stellen dat ze hem bestuurde. Al die tijd registreerde de computer neurale activiteit in haar motorische cortex, en deze informatie werd gebruikt om haar bedoelingen beter te decoderen in bewegingen van de robotarm. Toen begonnen we haar wat controle te geven, zegt Jennifer Collinger , een biomedisch ingenieur in Pittsburgh en de eerste auteur van het onderzoek. Dat genereert een feedbacklus - ze kan zien of wat ze denkt de arm in de goede richting beweegt of niet. Uiteindelijk hebben we die zijwieltjes eraf gehaald en haar de volledige controle gegeven.
Op de tweede dag van gebruik was de deelnemer in staat om de arm zelfstandig in drie dimensies te bewegen. Met oefening was ze in staat kubussen en andere voorwerpen rond een tafel te verplaatsen en zelfs een steen van twee pond op te rapen. De vrouw blijft samenwerken met de onderzoekers. Ze kon onlangs een stuk chocolade oprapen en zelf eten geven, zegt Schwartz.
Net als een ruggenmerg heeft de robotarm die in het onderzoek is gebruikt enig vermogen om zijn eigen beweging te beheersen. Jarenlange studie bij primaten over hoe de motorische cortex handbewegingen coördineert, heeft het team geholpen de technologie te ontwikkelen die de gedachten van de deelnemer in meer vloeiende en natuurlijke bewegingen kan vertalen, zegt Gregoire Courtine , een neurowetenschapper aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie Lausanne in Zwitserland.
Als dieren bewegen, volgen ze bepaalde regels, en het blijkt dat we dat kunnen oppikken in de neurale signalen die we opnemen van de motorische cortex, zegt Schwartz.
De arm, die is ontwikkeld in het kader van een contract met het Defense Advanced Research Projects Agency, heeft 17 motoren die 26 gewrichten aansturen in wat het meest geavanceerde kunstmatige ledemaatsysteem ter wereld is. De arm is ontworpen om een menselijk ledemaat na te bootsen, zegt Michael McLoughlin, programmamanager voor de Modulair prothetisch ledemaatproject , die is gevestigd aan de Johns Hopkins University in Maryland. Het Johns Hopkins-team heeft zes van de robotarmen gebouwd die door verschillende onderzoeksgroepen in de VS worden gebruikt, zegt McLoughlin.
Een cruciale volgende stap voor het Pittsburgh-team is het opnemen van sensorische feedback in de prothese. De arm heeft meer dan 100 sensoren, zegt McLoughlin, die trillingen, druk, temperatuur en meer kunnen detecteren. Het team werkt ook aan de ontwikkeling van een draadloze versie van de brain-machine-interface, zodat deelnemers geen elektronica uit hun hoofd hoeven te steken.
De onderzoekers hopen ook meer deelnemers te werven om met de prothese te werken en de technologie te blijven verbeteren, zodat op een dag de eigenaardigheid van het laboratorium kan worden vertaald in therapeutisch gebruik, zegt Schwartz.