Monkey's Gehirn läuft Roboterarm

WASHINGTON D.C. - Roboterarme von amputierten verwendet werden in der Regel durch Verschieben von einem anderen Teil des Körpers, wie den gegenüberliegenden Arm gesteuert. Forscher möchte solche Prothesen auf die Laune des Gehirns reagieren.

Jetzt stellt sich heraus, Forscher haben eine Methode gefunden, so leicht (gut, relativ so), dass eine Affe kann es tun.

In einer neuen Studie gefüttert eine Affe selbst mit einem Roboterarm elektronisch verknüpft zu sein Gehirn. Die Arbeit wurde hier Donnerstag auf der Jahrestagung der American Association von Advancement of Science (AAAS) vorgestellt.

Der Roboterarm hat etwa die Größe eines Kindes, mit eine voll funktionsfähige Schulter und Ellenbogen, sowie eine einfache Greifer, der ein Stück Obst oder Gemüse enthalten kann.

"Es wird viel verschoben wie Ihren eigenen Arm bewegen würde,", sagte Andrew Schwartz von der University of Pittsburgh.

Der Affe echte Waffen sind in Kunststoff-Rohre Verhalten. Um den Roboterarm, 96 Elektroden - steuern jeweils dünner als ein menschliches Haar - haften an der Affe motorischen Kortex, einer Region des Gehirns verantwortlich für willkürliche Bewegungen. Zwar gibt es ein Bereich des Kortex mit Arm-Bewegung assoziiert, ist die genaue Platzierung der Elektroden nicht entscheidend, Schwartz erklärt.

"Du musst genau das richtige sein, weil das Gehirn hoch Kunststoff," sagte er, verweist auf die Tatsache, dass das Gehirn seine Struktur, um Dinge zu erledigen anordnen wird. Und Essen, es stellte sich heraus, war ein guter Motivator für das anpassungsfähige Primaten Gehirn.

Computing Absicht

Die Elektroden messen die Feuerrate eines einzelnen Neurons. Jeweils die Milliarden oder so Neuronen mit Armbewegung wird gedacht, um eine Vorzugsrichtung haben. Zum Beispiel gibt es eine Reihe von Neuronen bewegen den Arm oben, oder unten oder auf der rechten Seite zugeordnet.

Mit einem speziellen Computer-Algorithmus können die Forscher in der Lage, eine durchschnittliche Richtung aus der kleinen Stichprobe der zu messenden Neuronen zu finden. Diese durchschnittliche Richtung wird verwendet, um den Roboterarm bewegen.

Rob Kass von der Carnegie Mellon University, der nicht in der neuen Studie beteiligt war, sagte, dass diese Art von Algorithmus schon seit 1960. Die rechnerische Verknüpfung hat eine breite Palette von Anwendungen, einschließlich Flugkörper tracking und Navigation.

"Der Vorteil des Algorithmus ist, dass es für eine effizientere Nutzung der Daten erlaubt", sagte Kass. "Darüber hinaus einen Rahmen für das lernen."

Dieses lernen zeigte sich darin, dass mit der Praxis, die Affen mit der Robotersteuerung schneller wurde. Die Forscher haben auch herausgefunden, dass ihre Untertanen verschiedene Platzierungen des Essens anpassen konnte.

"Unser Algorithmus nicht genau was im Gehirn vor sich geht", sagte Schwartz. Aber der Affe Gehirn tatsächlich passt seine Nervensignalen näher an den Algorithmus. Die Belohnung für diese Umpolung ist der Snack.

Interessanterweise würde am Anfang der Affe zurückhaltende Arme zucken als ob sie versuchten zu erreichen und schnappen Sie sich das Essen -. Aber nach einem Tag mit dem Roboterarm, der Affe war völlig entspannt.

"Er versuchte nicht, seine eigenen Arme bewegen", sagte Schwartz.

Als nächstes: Realismus

Schwartz und seine Mitarbeiter wollen jenseits der einfachen zwei-zinkige Greifer zu einer realistischeren Hand mit den Fingern bewegen.

"Das ist, wo wir wollen weiter," sagte er. "Wir benötigen, um 50 oder 100 mehr Neuronen - Elektroden verbinden wir denken."

Die Forschung vielleicht eines Tages führen zu dauerhaften künstlichen Prothesen für diejenigen, die Gliedmaßen verloren haben, und es könnte auch zu erhöhen die Beweglichkeit und Geschicklichkeit von Verletzungen des Rückenmarks oder Störungen des Nervensystems, wie ALS leiden.

"Wir hoffen, an menschlichen Probanden in zwei bis vier Jahre zu verschieben,", sagte Schwartz.

Eine große Hürde ist jedoch die Tatsache, die biologisches Material rund um die Elektroden, wodurch das Signal im Laufe der Zeit verschlechtern aufbaut. Im Durchschnitt dauerte die Elektroden in den Gehirnen der Affe nur sechs Monate. Mehr biokompatibler Materialien, als auch Geräte, die ihr Signal ohne Kabel übertragen können erforderlich sein, um den Sprung auf den Menschen zu machen.