Roboterarm Querschnittsgelähmte Frau bewegt sich mit ihrem Kopf

Eine Frau vom Hals abwärts gelähmt ist jetzt nutzen einen Roboterarm high Fives und helfen ihr Schokolade essen, vertreten, was die am weitesten fortgeschrittenen Verstand gesteuerte Handprothese noch für Menschen entwickelt werden kann, sagte Forscher.

Obwohl Wissenschaftler auf Roboter-Gliedmaßen gearbeitet hatte, dass Affen mit ihren Köpfen bewegen konnte, diese neuen Ergebnisse markieren Sie zum erste Mal konnte eine Person gedankenkontrollierte Prothetik lenken besser als Affen, Ermittler hinzugefügt.

"Dies ist ein spektakulärer Sprung in Richtung mehr Funktion und Unabhängigkeit für Menschen, die nicht in der Lage, ihre eigenen Arme bewegen", sagte Forscher Andrew Schwartz an der University of Pittsburgh. "Diese Technologie, die Signale des Gehirns führen einen Roboterarm interpretiert, hat enormes Potenzial, das wir auch weiterhin zu erkunden."

"Wie wir vorankommen, vielleicht finden wir dies gilt für andere Arten von Schädel-Hirn-Verletzung," Forscher Elizabeth Tyler-Kabara an der University of Pittsburgh sagte LiveScience. "Die Bevölkerung, denen wir, um anwenden können möglicherweise so breit wie unsere Phantasie ist."

Genetische Krankheit lähmt

Die Frau, eine Mutter von zwei Kindern, Jan Scheuermann lief einmal ein erfolgreiches Geschäft Planung Parteien mit Krimi Themen. Im Jahr 1996 bemerkte sie ihre Beine hinter ihr zu ziehen schien, und innerhalb von zwei Jahren ihre Beine und Arme geschwächt bis zu dem Punkt, dass sie einen Rollstuhl und eine Begleitperson, ihr zu helfen, mit Kleidung, Essen, Baden und anderen täglichen Aktivitäten erforderlich. [Siehe Fotos von Jan mit der prothetischen]

Scheuermann leidet Spinozerebellare Degeneration, eine genetische Krankheit, wo Verbindungen zwischen dem Gehirn und Muskeln langsam verschlechtern. Sie ist jetzt Tetraplegie (auch Tetraplegie genannt), was bedeutet, dass sie vom Hals abwärts gelähmt ist, und nicht freiwillig ihre Arme oder Beine bewegen.

"Ich kann nicht einmal meine Schultern zucken," sagte Scheuermann. "Aber ich bin zu dem Schluss, dass sich Gedanken über etwas es zweimal erlebt gekommen." "Ich versuche, auf die guten Dinge eingehen, die ich habe."

Ein Freund von der Scheuermann wies darauf hin, ein 2011-Video über die Forschung an der University of Pittsburgh auf einen Mann mit Tetraplegie, Tim Hemmes, das gab ihm die Möglichkeit zum Verschieben von Objekten auf einem Computerbildschirm und erreichen mit einem Roboterarm, seine Freundin zu berühren.

"Wow, es ist so sauber, dass er tun kann," Scheuermann erinnerte daran denken, wie sie Hemmes beobachtete. "Ich wünschte, ich könnte so etwas tun." Sie hatte ihre Telefonzentrale nennen die Forscher und sagen: "Ich bin ein Tetraplegiker. Mich anschließen, ich möchte mich anmelden! "Ich will das tun!"

Gehirn-gesteuerte Prothesen

Die Wissenschaftler entwickelten Mikroelektrode Arrays, die Gehirnzellen mit elektronischen Schaltungen verbinden – quadratische Raster nur 16 Quadratmillimeter groß mit 96 Punkte, die das Gehirn Oberfläche von etwa 16 Zoll zu durchdringen. Sie gescannt Scheuermanns Gehirns um festzustellen, wo genau diese Elektronik setzen, und im Februar, sie in ihrer linken motorischen Kortex, der Teil des Gehirns, die Bewegung des rechten Arm und der Hand steuert die Geräte implantiert. [Jetzt 9 Cyborg Erweiterungen verfügbar]

Diese Implantate wurden verbunden zu einem Roboter-Gliedmaßen Scheuermann hat namens Hector, die ist in der Lage, Gelenk- und Handgelenk Bewegungen vergleichbar mit der von Menschenhand.

"Die Armprothese verwendeten wir war sehr anspruchsvoll, mit vielen der gleichen Arm und Hand-Segmente wie der menschliche Pendant", sagte Schwartz LiveScience.

Zwei Wochen nach der Implantation auf bereits am zweiten Tag des Trainings mit der prothetischen konnte Scheuermann es frei mit nur ihre Meinung zu bewegen. Innerhalb einer Woche der Ausbildung konnte sie rein und raus, links und rechts, und nach oben und unten mit Hilfe der Arm erreichen.

"Was haben wir in der ersten Woche, was sie dachten, dass wir hängen würde, für einen Monat", sagte Scheuermann.

Scheuermann beteiligte sich an einer 13-Woche-lange umfassende Schulungen und Testprogramm, die Prothese entlang sieben Freiheitsgraden zu kontrollieren – Arten von Bewegungen, die die Prothese ist Gelenke führen könnte, wie beugen das Handgelenk hin und her, wenn Sie ihn von Seite zu Seite bewegen und im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn drehen. Kommen ins Labor dreimal pro Woche, lernte sie schnell zu erreichen und zu begreifen, Blöcke, Kegeln und Kugeln mit der Prothese, flüssige und schnelle Kontrolle über geschickte Bewegungen fast ähnlich wie eine Person mit regelmäßigen Fähigkeiten zu entwickeln.

"Ich auf jeden Fall dies wieder tun würde," sagte Scheuermann LiveScience. "Ich denke, ich bin sehr gesegnet für diese kommen in mein Leben."

Griff nach Schokolade

Scheuermann hatte das Forscherteam sagte: "Ich werde mich Schokolade zu füttern, bevor es vorbei ist." Mit Hector, Scheuermann etwas Schokolade genossen, wie die Wissenschaftler ihre Leistung gelobt. "Eine kleine knabbern für eine Frau, einen riesigen Bissen für BCI (Gehirn-Schnittstellen)," sagte Scheuermann.

Am Ende konnte Scheuermann verwenden die Prothese zu erreichen für Objekte, passen die Öffnung der Hand-Prothese, Elemente in verschiedenen Formen und Größen zu erfassen, und verschieben Sie sie in die gewünschten Positionen. Sie war in der Lage, angeforderte Aufgaben mit einer Erfolgsquote von bis zu 91,6 Prozent und mehr als 30 Sekunden mehr schnell abzuschließen, als sie zu Beginn des Programms haben.

Die beispiellose Geschwindigkeit an der Scheuermann angepasst an die Prothese ist teilweise auf eine innovative neue Art des Teilnehmers Gehirn an die Prothese zu verbinden. Gehirn-Maschine-Schnittstellen arbeiten, indem die Signale des Gehirns in Computersignale konvertieren. Die Forscher überwachten vorher die Signale, dass Gehirne heraus zu geben, wenn die Menschen ihre Arme bewegen, und das Verhalten der Prothese, Scheuermanns Gehirnaktivität zu passen, wenn sie darüber nachgedacht, bewegen ihren Arm so intuitiv wie möglich gestaltet. [10 merkwürdige Fakten über das Gehirn]

"Das Ergebnis ist eine Handprothese, die weit präziser und naturalistisch als frühere Bemühungen bewegt werden kann,", sagte Schwartz.

Zukünftige Forschung könnte Sensoren in der prothetischen einzubeziehen, so dass Patienten beispielsweise in der Lage, den Unterschied zwischen heiß und kalt, oder glatt und groben Oberflächen sein könnte, suchen. Die Prothetik könnte auch wireless-Technologie, entfällt die Notwendigkeit für den Anschluss der Leitungen zwischen den Patienten und die Prothese zu übernehmen.

"Wir hoffen, dass dies eine vollständig implantierte, drahtloses System sein kann, die Menschen tatsächlich in ihren Häusern unserer unbeaufsichtigt nutzen können", sagte Forscher Jennifer Collinger an der University of Pittsburgh und die VA-Pittsburgh-Healthcare-System. "Es könnte sogar Brain Control mit einem Gerät zu kombinieren, die direkt stimuliert die Muskeln zur Bewegung der Extremität des einzelnen Wiederherstellung möglich sein."

Derzeit sind die Implantate nach zwei weitere Monate testen, entfernt werden geplant, weil die FDA genehmigt solche Tests mit dem Verständnis, wie sie zeitlich begrenzt waren.

"Wir können und eine Erweiterung, die genehmigt wurde und derzeit prüfen ob über den Zeitpunkt hinaus fortgesetzt, die ursprünglich geplant war, beantragt haben", sagte Schwartz.

"Dies ist die Fahrt meines Lebens", sagte Scheuermann. "Dies ist die Achterbahn. Dies ist skydiving. Es ist einfach nur fabelhaft, und ich genieße jede Sekunde davon."

"Was wir brauchen freiwillige", sagte Forscher Michael Boninger an der University of Pittsburgh LiveScience. "Was wir brauchen ist die Finanzierung."

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-Dez. 16 der Fachzeitschrift The Lancet.