Способность держаться и переместить объекты полагается на сенсорные сигналы, посланные от руки до мозга, способность, в которой инвалиды испытывают недостаток с текущими протезами. Но новое исследование из Чикагского университета может однажды привести к срабатывающим на прикосновение протезам, общающимся непосредственно с мозгом.Исследователи, во главе со Слиманом Бенсмайой, доцентом в Отделении Биологии Organismal и Анатомии в Чикагском университете, полагают, что их исследование могло помочь увеличить и ловкость и функцию автоматизированных конечностей.Посредством экспериментов с обезьянами он и его команда точно определили невральные структуры активности, происходящие, когда животные управляют объектами, и затем они смогли успешно воссоздать эти структуры искусственно.
«Восстановить сенсорную двигательную функцию руки», говорит Бенсмаая, «Вы не только должны заменить двигатель, сигнализирует, что мозг посылает руке, чтобы переместить его, но Вы также должны заменить сенсорные сигналы, что рука передает обратно в мозг».Он и его команда полагают, что при помощи того, что они знают «о том, как мозг интактного организма обрабатывает сенсорную информацию», они могут тогда «попытаться воспроизвести эти структуры невральной активности через стимуляцию мозга».
Исследование от Bensmaia и коллег является частью проекта Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (DARPA), названного Коренным изменением Протезирования. Цель проекта состоит в том, чтобы создать искусственную верхнюю конечность, которая обеспечит естественную регуляцию моторики и ощущение у больных с ампутациями.Результаты их исследования были изданы в журнале Proceedings Национальной академии наук.
То же восприятие искусственных и подлинных стимуловОдин набор экспериментов работал с местом, где кожа была затронута.
Исследователи обучили обезьян правильно идентифицировать различные структуры прикосновения с их пальцами.Результаты исследования исследователей приближают нас к срабатывающим на прикосновение протезам, которые могли сообщить сенсорную информацию инвалидам через внутреннюю поверхность с мозгом. Кредит: PNAS, 2013.
Затем, исследователи соединили электроды с областями мозгов обезьян, коррелировавших к каждому пальцу. Но на этот раз, вместо того, чтобы коснуться рук, исследователи послали электрический пульс в определенные области мозга.Команда нашла, что обезьяны ответили на искусственную стимуляцию таким же образом, они ответили на физическое прикосновение.
В другом наборе экспериментов исследователи работали с ощущением давления путем генерации алгоритма, создавшего электрический ток, произведший чувство давления.И снова в этом случае, реакция обезьян была тем же и к искусственным и к подлинным стимулам.В заключительном наборе экспериментов Bensmaia и его команда смотрели на то, что они называют «событиями контакта», который является, когда рука сначала касается или отпускает объекта.Они говорят, в этот момент создает взрыв активности в мозгу, и еще раз, исследователи смогли искусственно создать эти взрывы в мозгу с электростимуляцией.
Будущее протезовВ результате этих экспериментов Bensmaia и его коллеги говорят, что это создало ряд инструкций, которые могли использоваться с автоматизированным протезом руки, который мог дать сенсорную обратную связь мозгу через «невральную внутреннюю поверхность».Эта обратная связь, Бенсмаая верит, могла означать, что подобные устройства могут быть то, что намного ближе к тому, чтобы проходить тесты в человеческих клинических испытаниях.
«Алгоритмы, чтобы расшифровать моторные сигналы появились настоящий длинный путь, где Вы можете теперь рычаги управления с семью степенями свободы», говорит Бенсмаая. «Это очень сложно».Однако он говорит, что существует все еще работа, которая будет сделана:«Но я думаю, что существует веский довод, который будет сделан этим, они не будут клинически жизнеспособны, пока сенсорная обратная связь не будет включена.
Когда это будет, функциональность этих конечностей увеличится существенно».Хотя инвалиды должны будут ждать этих срабатывающих на прикосновение конечностей, чтобы осуществиться, были новые разработки за последние несколько лет в мире протезов, таких как управляемые мыслью роботизированные руки.