La incitación cerebral que evoca el sentido del tacto alivio el control del bienhechor robótico

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La mayoría de las personas sanas dan por sentado su capacidad para realizar actividades diarias simples: cuando toman una taza de café caliente, pueden sentir su peso y temperatura y ajustar su ingesta en consecuencia para que no se derrame líquido. Las personas con pleno control sensorial y motor de sus brazos y manos pueden sentir que han entrado en contacto con un objeto en el instante en que lo tocan o agarran, lo que les permite comenzar a moverlo o levantarlo con confianza.

Pero estas tareas se vuelven mucho más difíciles cuando una persona usa un brazo protésico, y mucho menos uno controlado por la mente.

En un artículo publicado hoy en Ciencias, un equipo de bioingenieros de los laboratorios de ingeniería neuronal de rehabilitación de la Universidad de Pittsburgh describe cómo la adición de estimulación cerebral que evoca sensaciones táctiles facilita al operador la manipulación de un brazo robótico controlado por el cerebro. En el experimento, la integración de la visión con la percepción táctil artificial redujo a la mitad el tiempo necesario para agarrar y transferir objetos, de un tiempo medio de 20,9 a 10,2 segundos.

«De alguna manera, esto es lo que esperábamos que sucediera, pero tal vez no en la medida en que lo observamos», dijo la coautora principal Jennifer Collinger, Ph.D., profesora asociada en el Departamento de Medicina Física y Rehabilitación de Pitt. . «La retroalimentación sensorial de las extremidades y las manos es extremadamente importante para hacer cosas normales en nuestra vida diaria, y cuando falta esa retroalimentación, el desempeño de las personas se ve comprometido».

El participante del estudio, Nathan Copeland, cuyo progreso se describió en el documento, es la primera persona en el mundo en tener implantadas pequeñas matrices de electrodos no solo en la corteza motora de su cerebro sino también en su corteza somatosensorial, una región del cerebro que procesa información sensorial del cuerpo. Las matrices le permiten no solo controlar el brazo robótico con su mente, sino también recibir retroalimentación sensorial táctil, que es similar a cómo funcionan los circuitos neuronales cuando la médula espinal de una persona está intacta.

«Ya conocía tanto las sensaciones generadas por la estimulación como la ejecución de la tarea sin estimulación. Incluso si la sensación no es ‘natural’, se siente como presión y un ligero hormigueo, esto nunca me ha molestado», dijo Copeland. «Realmente no hubo ningún punto en el que sintiera que la estimulación era algo a lo que tenía que acostumbrarme. Hacer la tarea mientras recibía la estimulación simplemente fue como PB&J».

Después de un accidente automovilístico que lo dejó con un uso limitado de sus brazos, Copeland se inscribió en un ensayo clínico que probaba la interfaz cerebro-computadora del microelectrodo sensoriomotor (BCI) y se le implantaron cuatro conjuntos de microelectrodos desarrollados por Blackrock Microsystems (también llamado comúnmente Utah). matrices).

Este artículo es un paso adelante de un estudio anterior que describió por primera vez cómo la estimulación de regiones sensoriales del cerebro utilizando pequeños impulsos eléctricos puede evocar sensaciones en distintas regiones de la mano de una persona, incluso si han perdido la sensibilidad en las extremidades debido a una lesión en la médula espinal. En este nuevo estudio, los investigadores combinaron la lectura de información del cerebro para controlar el movimiento del brazo robótico con la reescritura de información para proporcionar retroalimentación sensorial.

En una serie de pruebas, en las que se le pidió al practicante de BCI que recogiera y transfiriera varios objetos de una mesa a una plataforma elevada, la retroalimentación táctil a través de la estimulación eléctrica permitió al participante completar las tareas dos veces más rápido que las pruebas sin estimulación.

En el nuevo artículo, los investigadores querían probar el efecto de la retroalimentación sensorial en condiciones que se asemejen lo más posible al mundo real.

«No queríamos limitar la tarea eliminando el componente visual de la percepción», dijo el coautor principal Robert Gaunt, Ph.D., profesor asociado en el Departamento de Medicina Física y Rehabilitación de Pitt. «Cuando se recupera incluso la sensación limitada e imperfecta, el rendimiento de la persona mejora de manera bastante significativa. Aún nos queda un largo camino por recorrer para hacer que las sensaciones sean más realistas y llevar esta tecnología a los hogares de las personas, pero cuanto más nos acercamos a recrear las normales . entrada al cerebro, mejor estaremos «.

Este trabajo fue apoyado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) y el Centro de Sistemas de Guerra Naval y Espacial del Pacífico (SSC Pacífico) bajo el contrato no. N66001-16-C-4051 y el programa Revolutionizing Prosthetics (contrato nº N66001-10-C-4056).

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Pittsburgh. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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