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Das Gehirn der gelähmten Frau steuert den Roboterarm

Eine gelähmte Frau war in der Lage, eine Roboterprothesenhand mit ihren Gedanken zu kontrollieren.
Diese Frau, die mit Tetraplegie zu kämpfen hat, hat ein Maß an Bewegung und Kontrolle mit der Hand erreicht, vergleichbar mit Menschen ohne Beeinträchtigung.
Die Forschung kam von einem Expertenteam der Universität Pittsburgh und wurde Online First in veröffentlicht Die Lanzette.
Bis jetzt hat ein Patient mit dieser Art von Prothese in diesem Ausmaß noch nie eine Kontrolle und Bewegung erfahren. Dieser Bericht symbolisiert daher einen wichtigen Durchbruch in der Entwicklung von Roboterprothesen, die vom Verstand gesteuert werden.
Das Team implantierte im Februar dieses Jahres zwei Mikroelektroden-Arrays (ein mikroelektronisches Werkzeug, das Gehirnzellen an elektronische Schaltungen anschließt) in den linken motorischen Kortex des Patienten. Die Teilnehmerin war eine Frau im Alter von 52 Jahren, die dreizehn Jahre vor der Studie eine Diagnose einer spinozerebellären Degeneration erhielt.
Die spinozerebelläre Degeneration ist eine seltene Erbkrankheit, bei der Strukturen in Teilen des Gehirns und des Rückenmarks, die für die Koordination und Muskelbewegung verantwortlich sind, entarten und mit der Zeit ihre Funktion verlieren.
Die Patientin, die in dieser Studie beobachtet wurde, gilt heute als tetral - gelähmt - aufgrund des Fortschreitens ihrer Krankheit vom Hals und unterhalb gelähmt. Sie kann daher ihre Arme oder ihre Beine nicht alleine bewegen.
Die Wissenschaftler haben die Elektrodenanordnungen im motorischen Kortex der Frau mit einer Roboterhand verbunden, und laut den Forschern Die Bewegung des Gelenks und Handgelenks war einer menschlichen Hand ähnlich.
Um der Patientin zu helfen, das Gerät zu erlernen, nahm sie 14 Wochen lang am Training teil. Am zweiten Schultag, nur 14 Tage nach der Implantation, konnte die Patientin ohne Hilfe eines Computers die prothetische Hand allein bewegen.
Professor Andrew Schwartz, Hauptautor der Studie, erklärte:

"Bei der Entwicklung von bewusstseinskontrollierter Prothetik bestand eine der größten Herausforderungen seit jeher darin, Gehirnsignale, die die Bewegung von Gliedmaßen anzeigen, in Computersignale zu übersetzen, die eine Roboterprothese zuverlässig und genau steuern können.
Die meisten bewusstseinskontrollierten Prothetiker haben dies durch einen Algorithmus erreicht, der das Durcharbeiten einer komplexen "Bibliothek" von Computer-Gehirn-Verbindungen beinhaltet. Wir haben jedoch einen völlig anderen Ansatz gewählt, indem wir einen modellbasierten Computeralgorithmus verwenden, der genau nachahmt, wie ein ungehindertes Gehirn die Bewegung der Gliedmaßen steuert. Das Ergebnis ist eine prothetische Hand, die wesentlich präziser und naturalistischer bewegt werden kann als bisher. "

Die Frau war an einem umfangreichen Training und einem mehr als 3-monatigen Testprogramm beteiligt. Die Experten hofften, dass sie am Ende ihres Programms Aufgaben abschließen konnte, die zeigten, dass sie die Prothese über sieben Freiheitsgrade steuern konnte (dreidimensionale Translation, dreidimensionale Orientierung, eindimensionales Greifen).
Mit Hilfe ihrer Ausbildung Die Patientin konnte alle Aufgaben mit einer Erfolgsquote von 91,6% abschließen und absolvierte die Aufgaben 30 Sekunden schneller als zu Beginn der Studie.
Um zu bestätigen, dass die Verbesserung der Frau klinisch signifikant war, verwendete das Team zum ersten Mal Standardtests, sogenannte Action Research Arm Tests (ARAT), die normalerweise zur Beurteilung der Gliedmaßenfunktion nach Schlaganfall oder anderen lähmenden Vorfällen eingesetzt werden .
Die Forscher fügten hinzu, dass die nächsten Schritte zur Verbesserung dieser Prothese darin bestehen würden, sensorische Elemente einzubeziehen (zum Beispiel, die Person zwischen heiß und kalt oder glatt und rau zu unterscheiden) und drahtlose Technologie einzuschließen (die Notwendigkeit von Drähten, die die Patienten verbinden) zu eliminieren Kopf und ihre Prothese).

Professor Grégoire Courtine von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) schrieb:
"Diese bioinspirierte Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine ist eine bemerkenswerte technologische und biomedizinische Errungenschaft. Obwohl viele Herausforderungen bevorstehen, nähern sich diese Systeme schnell dem Punkt der klinischen Entwicklung an. Durch konzertierte Anstrengungen und indem sichergestellt wird, dass verschiedene verfügbare Strategien optimal kombiniert werden , diese Art von Prothetik könnte bald zu revolutionären Behandlungsmodellen für sensomotorische Paralyse werden. "


Ein ähnlicher Bericht, der letztes Jahr veröffentlicht wurde, beschreibt, wie ein erwachsener männlicher Patient, der aufgrund eines beschädigten Rückenmarks bei einem Motorradunfall gelähmt war, eine Gehirncomputerschnittstelle verwenden konnte, um eine Armprothese zu bewegen, wobei er nur seine Gedanken verwendete.
Geschrieben von Sarah Glynn

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