211service.com
Prothetiek een tastzin geven
Brain-machine-interfaces hebben het voor apen en sommige mensen mogelijk gemaakt om robotledematen te besturen met alleen hun gedachten. Maar idealiter zou een persoon die een kunstledemaat of ander apparaat gebruikt, niet alleen het apparaat kunnen bedienen, maar ook voelen wat het aanraakt.
Aap zie: In een experiment leerden apen die waren geïmplanteerd met twee interfaces - een die hun beoogde bewegingen leest en een andere die reageert op aanrakingen - de arm van een virtuele aap te bedienen.
Een nieuwe studie van het laboratorium van Tijdelijke afbeelding voor Miguel Nicolelis bij Duke University Medical Center zet een eerste stap in de richting van een dergelijke interface. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuur , meldt zijn team dat apen kunnen leren een virtual reality-hand te bedienen die tactiele feedback bevat.
Nicolelis zegt dat hersen-machine-interfaces alleen klinisch bruikbaar zijn als ze bidirectionele signalen gebruiken, met zowel sensorische feedback van het apparaat als motorische commando's van de gebruiker. Het is niet genoeg om alleen beweging te bieden, zegt hij. Je moet voelen wat je aanraakt.
Als eerste experiment gebruikten apen een joystick om een virtuele avatar (een apenarm en -hand) op een computerscherm te besturen en werden ze aangemoedigd om de avatar te gebruiken om objecten op het scherm te pakken. De virtuele objecten hadden texturen en dit werd overgebracht met behulp van stimulatie door microgolfarrays geïmplanteerd in een deel van de hersenschors dat verantwoordelijk is voor het voelen van aanraking. De apen leerden de hand van de avatar te houden over objecten met een bepaalde textuur - overgebracht door de frequentie van stimulatie - om beloond te worden met voedsel.
In een ander experiment ontvingen de apen dezelfde tactiele feedback, maar bestuurden de virtuele hand met alleen hun gedachten, via microdraadarrays die in de motorische cortex waren geïmplanteerd. Hoewel hun prestaties op de taak minder nauwkeurig waren, verbeterden de apen in de loop van de tijd.
Nicolelis zegt dat het succesvolle gebruik van een brein-machine-brein-interface aantoont dat de processen van voelen en reageren op tactiele sensaties kunnen worden gecombineerd. We decoderen tegelijkertijd motorische intenties en tactiele boodschappen, zegt hij. Dat is nog nooit eerder gedaan. Hoewel de stimulatie die de apen krijgen kunstmatig is, zegt hij, lijken ze te leren om het te associëren met tactiele informatie.
De volgende stap is om de tastzin op te nemen in echte protheses, met behulp van druksensoren die vergelijkbare tactiele feedback over objecten in de echte wereld zullen genereren. Nicolelis zegt dat zijn groep hoopt een simulator te bouwen die deze benadering bij mensen zou testen, en vervolgens aanrakingssensatie zou integreren in protheses die het creëert voor mensen met beperkte mobiliteit.
NitishThakor , een biomedisch ingenieur aan de Johns Hopkins University, zegt dat het toevoegen van sensorische informatie absoluut de volgende logische stap is in het ontwerp van de hersen-machine-interface. Thakor zegt dat het experiment niet alleen de haalbaarheid aantoont van het toevoegen van aanraking, maar ook dat de apen een taak kunnen leren met behulp van deze gekoppelde signalen. Het voorbehoud, voegt hij eraan toe, is dat texturen in de echte wereld veel complexer zijn, net als lichaamsbewegingen, en of dit schaalbaar is, valt nog te bezien.