Berührungsempfindliche Prothesen Schritt nach vorn in Studie mit Affen

Menschen mit künstlichen Gliedmaßen eines Tages ihre Sensation Touch Restoredthrough elektrische Stimulation des Gehirns haben könnte, zeigen neue Experimente an Affen.

Diese Forschung könnte verbessern die Geschicklichkeit der Roboter Prothesen Ermittler hinzugefügt.

Jüngste Fortschritte in der Gehirn-Maschine-Schnittstellen konnten Menschen, Roboter-Gliedmaßen mit ihren Köpfen zu kontrollieren. Wissenschaftler weisen jedoch die Prothetik, mehr als nur Bewegung an Patienten wieder herzustellen – sie wollen helfen, das Gefühl der Berührung als auch wiederherstellen. [Krake Arm für bionische Augen: die 5 seltsamsten Prothesen]

"Unsere Fähigkeit zu begreifen und Manipulation von Objekten setzt kritisch auf Touch-Signale aus der Hand", sagte Studienautor Sliman Bensmaia, Neurowissenschaftler an der University of Chicago. "Ohne diese Signale hätten wir Probleme beim Ausführen auch der grundlegenden Aktivitäten des täglichen Lebens, wie unsere Schuhe zu binden oder sogar drehen eine Türklinke. Darüber hinaus Touch ist von entscheidender Bedeutung für die emotionale Kommunikation – wir berühren die Menschen kümmern wir uns um. Schließlich ist die Berührung in Ausführungsform, bei der Herstellung unseres Körpers, das Gefühl, Teil von uns sehr wichtig."

Affe-Brain-Computer-interface

Um in Richtung berührungsempfindliche Prothesen für Menschen voraus, experimentiert Bensmaia und seine Kollegen mit Rhesus-Affen, deren sensorische Systeme denen des Menschen ähneln. Sie identifizierten Muster der Hirnaktivität, die auftreten, wenn die Tiere Objekte manipulieren und erfolgreich diese Muster künstlich durch direkte elektrische Stimulation des Gehirns ausgelöst.

Das erste Experiment konzentriert sich auf die Affen spüren, wo sie auf ihre Haut berührt waren. Diese Forschung beteiligt Experimente integrieren viele Stücke von ausgeklügelten Apparat zusammen, z. B. Arrays von Elektroden in Affen Gehirne und Systeme für die Datensammlung von mehr als 100 Elektroden implantiert.

Die Tiere wurden ausgebildet, um mehrere Muster der Pokes an ihren Fingern zu identifizieren. "Beispielsweise könnten wir stecken den Zeigefinger, dann den kleinen Finger der linken Hand" Bensmaia erklärt.

Die Forscher dann Bereiche des Gehirns entspricht jeder Finger Elektroden an und ersetzt einige der diese stochert mit elektrische Reize an die entsprechenden Bereiche des Gehirns geliefert. Die Tiere reagiert gleich auf künstliche Stimulation wie sie echte Pokes hat – zum Beispiel wenn ihre linke Hand konfrontiert Handfläche nach oben und sie waren am Zeigefinger stieß dann auf den kleinen Finger Finger, sie würde haben blickte direkt und sie verhielt sich genauso unter elektrische Stimulation des Gehirns.

Die Wissenschaftler als nächstes konzentrierte sich auf das Gefühl von Druck, Entwicklung eines Algorithmus, das die entsprechende Menge an elektrischem Strom ein Druckgefühl zu entlocken generiert.

"Im Gehirn, leichte Berührungen produzieren kleine, stark lokalisierte Muster der Aktivierung; stärkere Berührungen mehr Neuronen aktivieren,"sagte Bensmaia. "Ein Weg mehr Neuronen durch elektrische Stimulation aktivieren soll der Strom zu erhöhen, so dass wir diesen Ansatz um Informationsvermittlung über Anpressdruck untersucht."

Die Affen wieder reagierte auf die gleiche Weise auf Reize fühlte sich durch die Finger und durch künstliche Mittel – sie warf einen Blick nach links oder rechts je nachdem, ob die erste von zwei Berührungen Druck mehr oder weniger als der zweite, beziehungsweise. Bestimmung der Höhe der Druck, den man ausübt auf Objekte ist wichtig, "weil du musst, genügend Druck auf das Objekt um es nicht fallen zu lassen, aber nicht soviel, das Sie zu vernichten, es", sagte Bensmaia.

Schließlich Bensmaia und seine Kollegen untersucht was passiert, wenn die Affen zuerst berühren oder ein Objekt freigeben – damit erzeugt einen kurzen aber starken Ausbruch von Aktivität im Gehirn. Auch hier fanden die Forscher diese platzt der Aktivität des Gehirns verbunden mit den Affen, die berühren oder Objekte freigeben durch elektrische Stimulation nachgeahmt werden könnte.

Berührungsempfindliche Prothetik

Die Wissenschaftler haben nun im Wesentlichen eine Reihe von Anweisungen, die sie in prothetische Roboterarme, das grundlegende Gefühl der Berührung im Gehirn erzeugen integrieren können. Zunächst Bensmaia sagte, er sei "sehr skeptisch" dieses Unterfangen gelingen würde. [5 verrückte Technologien, die Biotechnologie revolutioniert werden]

"Da wie komplex das Gehirn ist, und wie stumpf ein Instrument Elektrostimulation ist, ich dachte, der Ansatz zum Scheitern verurteilt war", sagte Bensmaia.

Zukünftige Experimente werden auch komplexere Aspekte der Tastsinn angestrebt.

"In unseren Experimenten bisher konzentrierten wir uns auf die grundlegendsten Informationen für Objektmanipulation — Informationen über Kontakt Standort, Anpressdruck und kontaktieren Sie Timing," sagte Bensmaia. "Selbstverständlich erhalten wir viel mehr Informationen als die von unseren Tastsinn. Wir informieren Sie über Objektform, Größe und Textur; Wir können fühlen, wenn etwas über unsere Haut bewegen oder Abrutschen von unserer Reichweite."

Die Forscher hoffen auch Experimente mit Menschen aus anderen Labors sind.

"Der Vorteil der menschlichen Arbeit ist, dass Sie der Patient direkt Fragen können, was sie fühlen", sagte Bensmaia. "Wir mussten in unseren Experimenten ableiten, was die Affen von ihrer Leistung fühlte."

Obwohl Bensmaia, der Forscher arbeiten die Grundlagen für menschliche Versuche sagte, warnte er, Prothetik, die das Gefühl der Berührung wiederherstellen sind wahrscheinlich nicht jahrelang für Patienten verfügbar sein werde.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-Okt. 15 in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences.

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