Un implant de cerveau humain a été créé pour recevoir les sensations tactiles d'un bras mécanique

Le toucher est le feedback que nous recevons lors de l'utilisation de la main. Grâce au toucher, vous pouvez manipuler des objets sans regarder: les saisir, les repasser, les battre, etc. La rétroaction est nécessaire pour la manipulation prudente des objets fragiles tels que les œufs. Le toucher fournit des informations essentielles pour une réponse réflexe instantanée - afin qu'une personne garde ses mécanismes et ses organes intacts.

En fin de compte, grâce au toucher, le cerveau reçoit des informations sur certaines propriétés des objets - de telles propriétés ne peuvent pas être reconnues autrement. Par exemple, douceur / dureté, élasticité, adhérence, etc. À l'aide de ces données, le cerveau calcule d'autres propriétés de l'objet, ce qui nous permet de prédire de manière fiable l'avenir, c'est-à-dire de prédire le résultat de l'interaction avec l'objet.

L'importance du toucher est indéniable. À cet égard, il est très déprimant que les concepteurs de bioprothèses n'aient toujours pas trouvé de moyen fiable de transmettre des informations des capteurs des mains mécaniques au cerveau humain.

Jusqu'à présent, aucune prothèse de bras et de jambe disponible dans le commerce n'est équipée de capteurs tactiles, car il est toujours impossible de transmettre ces informations à une personne en temps réel, c'est-à-dire de manière naturelle: à travers les terminaisons nerveuses du cerveau.

Rappelez-vous comment Luke Skywalker a ressenti de la douleur quand une aiguille l'a piqué dans son bras bionique nouvellement installé? Bien sûr, je voudrais mettre une telle technologie à la disposition non seulement des Sith, mais aussi des gens ordinaires.

Les ingénieurs tentent depuis longtemps de résoudre le problème. De toute évidence, une interaction avec le système nerveux central d'une personne est nécessaire, dont le protocole n'a pas encore été entièrement déchiffré. Nous devons rechercher des solutions de contournement pour combiner les structures neuronales vivantes et les structures mécaniques. Maintenant, c'est la science appliquée de la neuroingénierie . Un groupe de neuroingénieurs de l'Université de Pittsburgh (USA) a trouvé une solution possible pour transmettre des impulsions tactiles à partir d'un bras mécanique.

Les ingénieurs ont tenté de remplacer le sens naturel du toucher par des impulsions artificielles dans l'espoir que le cerveau lui-même s'accorderait sur un nouveau signal. Les électrodes sont montées dans le cortex cérébral, ce qui stimule les zones individuelles conformément aux lectures des capteurs sur un bras mécanique. Une personne a l'impression de toucher quelque chose.

Ce phénomène est décrit dans plusieurs articles scientifiques. Il semble qu'il ait été remarqué pour la première fois en 1997 et décrit dans un article scientifique de la revue Nature . Ensuite, les scientifiques ont remarqué que la stimulation de certaines parties du cortex cérébral fait réagir les animaux comme si leurs membres bougeaient. Mais ce que les animaux ressentent exactement pendant la stimulation cérébrale reste inconnu. Au cours des années suivantes, de telles expériences ont été menées sur des humains.: les sujets ont confirmé ressentir certains sentiments dans les membres.

L'Université de Pittsburgh a mené une longue expérience de six mois sur un patient de 28 ans, Nathan Copeland, souffrant d'une lésion médullaire de longue date. Le gars en 2004 a eu un accident et s'est cassé le cou.

Deux neuroimplants avec un réseau de 60 électrodes de 2,4 × 4 mm ont été introduits dans le cerveau de Nathan. Un fil du cerveau sort de la tête et se connecte à un module métallique externe, qui sert de connexion.



Le plus difficile a été de trouver une place appropriée sur le cortex cérébral pour l'implantation de l'implant. Les scientifiques qui ont étudié pendant longtemps ont compilé une carte fonctionnelle du cerveau, essayant de déterminer avec précision la zone du cortex dans laquelle se produit le traitement des signaux tactiles. Pour ce patient, qui n'avait rien touché depuis 10 ans, il a été contraint de réfléchir activement à la façon dont il touche et ressent avec différents doigts. Dans le même temps, les lectures d'imagerie par résonance magnétique ont été prises.



Au final, les scientifiques ont pu dresser une carte approximative des coupes de la région somatosensorielle du cortex associées au traitement des informations de chacun des trois doigts (pouce, index, petit doigt) et de la paume.



Les implants ont été insérés soigneusement à côté des neurones correspondants et le patient a été connecté au système de microstimulation, appliquant de faibles impulsions aux électrodes et surveillant la réaction. Il a dit qu'il ressent diverses combinaisons de vibrations, de toucher, de pression et de picotements, comme dans les articulations et sous la peau d'une main. Fait intéressant, la carte des sensations n'a pas changé depuis six mois.

Pour la principale expérience scientifique, le module de communication implantaire était connecté à une prothèse mécanique - et les sensations ressenties par un patient lors de diverses actions d'un bras mécanique ont été enregistrées. Il s'est avéré qu'en appuyant correctement sur les doigts, il reconnaît dans 84% ​​des cas, et pendant l'entraînement - dans 100% des cas.


Un scientifique appuie sur le doigt lorsque le patient a les yeux bandés

Ils ont déjà essayé de créer une interface tactile pour les membres artificiels. Par exemple, dans le cadre du programme DARPA HAPTIX , une interface neuronale est en cours de développement pour transmettre des signaux tactiles de la prothèse au système nerveux. Sur la radiographie ci-dessous, des électrodes sont implantées chirurgicalement dans l'avant-bras et connectées par des fils à un ordinateur externe. Idéalement, les signaux sensoriels de la prothèse entrent par l'interface tactile vers le système nerveux périphérique, et de là vers la moelle épinière.


Électrodes implantées chirurgicalement dans l'avant-bras et câblées à un ordinateur externe

Les scientifiques du projet HAPTIX ont réussi à obtenir un bon résultat en créant une interface tactile. Mais il ne peut pas aider les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière. Mais le développement de neuroingénieurs de l'Université de Pittsburgh peut aider.

La valeur de la nouvelle méthode est que les informations sont transmises directement au cerveau par la main, sans passer par la moelle épinière, même sans fil. Cela donne de l'espoir à un grand nombre de personnes qui vivent avec des lésions médullaires. Aux États-Unis seulement, on compte entre 243 000 et 347 000 personnes, selon les estimationsCentre national des traumatismes médullaires. S'ils sont approximatifs, alors dans le monde entier, il devrait y en avoir plusieurs millions. En fonction du degré de lésion des voies nerveuses, les effets varient en force: d'une perte partielle de sensation dans les doigts à une perte complète de la capacité de contrôler tout le membre.

Pour les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière, l'implantation d'un récepteur de signal dans le cerveau est la mieux adaptée. Il est dommage que la carte cérébrale de chaque personne ait ses propres caractéristiques, donc avant l'implantation, vous devez effectuer une cartographie individuelle de la région somatosensorielle du cortex, c'est-à-dire plusieurs séances d'IRM.

L'implant tactile cérébral doit encore être développé. Il ne peut même pas comparer avec une main vivante, et au lieu de certaines sensations tactiles, le patient ressent une sensation de picotement. Les scientifiques n'ont pas pu prétendre toucher de certaines parties de la main, par exemple du bout des doigts. Un positionnement peut-être plus précis des électrodes dans le cortex somatosensoriel est nécessaire. Peut-être que le nombre d'électrodes devrait être augmenté.

Un article scientifique décrivant un implant innovant sera publié le 19 octobre 2016 dans la revue Science Translational Medicine (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf8083).

Source: https://habr.com/ru/post/fr398269/