Um implante cerebral humano foi criado para receber sensações táteis de um braço mecânico

O toque é o feedback que recebemos ao usar a mão. Graças ao toque, você pode manipular objetos sem olhar: agarre-os, passe ferro, bata etc. O feedback é necessário para o manuseio cuidadoso de itens frágeis, como ovos. O toque fornece informações críticas para uma resposta reflexa instantânea - para que uma pessoa mantenha seus mecanismos e órgãos intactos.

No final, graças ao toque, o cérebro recebe informações sobre algumas propriedades dos objetos - essas propriedades não podem ser reconhecidas de outra forma. Por exemplo, maciez / dureza, elasticidade, viscosidade, etc. Usando esses dados, o cérebro calcula outras propriedades do objeto, o que nos permite prever com segurança o futuro, ou seja, prever o resultado da interação com o objeto.

A importância do toque é inegável. Nesse sentido, é muito deprimente que os projetistas de biopróteses ainda não tenham encontrado uma maneira confiável de transmitir informações dos sensores das mãos mecânicas para o cérebro humano.

Até agora, nenhuma prótese de perna e perna disponível comercialmente é equipada com sensores de toque, porque ainda é impossível transmitir essa informação a uma pessoa em tempo real, ou seja, de maneira natural: através das terminações nervosas no cérebro.

Lembra como Luke Skywalker sentiu dor quando uma agulha o picou em seu braço biônico recém-colocado? Claro, eu gostaria de disponibilizar essa tecnologia não apenas para os Sith, mas também para as pessoas comuns.

Os engenheiros há muito tentam resolver o problema. Obviamente, é necessária a interação com o sistema nervoso central de uma pessoa, cujo protocolo ainda não foi totalmente decifrado. Temos que procurar soluções alternativas para combinar estruturas neurais vivas e estruturas mecânicas. Agora, essa é a ciência aplicada à neuroengenharia . Um grupo de neuroengenheiros da Universidade de Pittsburgh (EUA) encontrou uma possível solução para transmitir impulsos táteis de um braço mecânico.

Os engenheiros tentaram substituir o senso natural de toque por impulsos artificiais, na esperança de que o próprio cérebro sintonizasse um novo sinal. Os eletrodos são montados no córtex cerebral, o que estimula áreas individuais de acordo com as leituras dos sensores em um braço mecânico. Uma pessoa tem a sensação de que é como se estivesse tocando alguma coisa.

Esse fenômeno é descrito em vários trabalhos científicos. Parece que foi notado pela primeira vez em 1997 e descrito em um artigo científico na revista Nature . Então os cientistas notaram que a estimulação de certas partes do córtex cerebral faz os animais reagirem como se seus membros estivessem se movendo. Mas o que exatamente os animais sentem durante a estimulação cerebral permanece desconhecido. Nos anos subsequentes, essas experiências foram realizadas em seres humanos.: os sujeitos confirmaram sentir certos sentimentos nos membros.

A Universidade de Pittsburgh conduziu um longo experimento de seis meses em um paciente de 28 anos, Nathan Copeland, com lesão medular de longa data. O cara em 2004 sofreu um acidente e quebrou o pescoço.

Dois neuroimplantes com uma treliça de 60 eletrodos de tamanho 2,4 × 4 mm foram introduzidos no cérebro de Nathan. Um fio do cérebro sai da cabeça e se conecta a um módulo metálico externo, que serve como conexão.



O mais difícil foi encontrar um local adequado no córtex cerebral para implante de implante. Os cientistas que estudaram durante muito tempo compilaram um mapa funcional do cérebro, tentando determinar com precisão a área do córtex na qual ocorre o processamento dos sinais táteis. Para esse paciente, que não tocava em nada há dez anos, ele foi forçado a pensar ativamente sobre como ele se toca e se sente com dedos diferentes. Ao mesmo tempo, foram realizadas as leituras da ressonância magnética.



No final, os cientistas conseguiram fazer um mapa aproximado das seções da região somatossensorial do córtex, associadas ao processamento de informações de cada um dos três dedos (polegar, indicador, dedo mindinho) e palma da mão.



Os implantes foram inseridos ordenadamente ao lado dos neurônios correspondentes e o paciente foi conectado ao sistema de microestimulação, aplicando impulsos fracos aos eletrodos e monitorando a reação. Ele disse que sente várias combinações de vibração, toque, pressão e formigamento, como se estivesse nas articulações e sob a pele de uma mão. Curiosamente, o mapa de sensações não mudou por seis meses.

Para o principal experimento científico, o módulo de comunicação do implante foi conectado a uma prótese mecânica - e as sensações que um paciente experimenta durante várias ações de um braço mecânico foram registradas. Descobriu-se que pressionar os dedos corretamente ele reconhece em 84% dos casos e durante o treinamento - em 100% dos casos.


Cientista pressiona o dedo quando o paciente está com os olhos vendados

Eles tentaram criar uma interface tátil para membros artificiais antes. Por exemplo, no âmbito do programa DARPA HAPTIX , uma interface neural está sendo desenvolvida para transmitir sinais táteis da prótese para o sistema nervoso. No raio-x abaixo, os eletrodos são implantados cirurgicamente no antebraço e conectados por fios a um computador externo. Idealmente, os sinais sensoriais da prótese entram pela interface tátil para o sistema nervoso periférico e daí para a medula espinhal.


Eletrodos implantados cirurgicamente no antebraço e conectados a um computador externo

Os cientistas do projeto HAPTIX conseguiram alcançar um bom resultado na criação de uma interface tátil. Mas ele não pode ajudar pessoas que sofrem de danos à medula espinhal. Mas o desenvolvimento de neuroengenheiros da Universidade de Pittsburgh pode ajudar.

O valor do novo método é que as informações são transmitidas diretamente para o cérebro a partir da mão, contornando a medula espinhal, mesmo que sem fio. Isso dá esperança a um grande número de pessoas que vivem com lesões na medula espinhal. Somente nos Estados Unidos, existem entre 243.000 e 347.000 pessoas, estimadasCentro Nacional de Lesões na Coluna Vertebral. Se aproximado, em todo o mundo deve haver vários milhões. Dependendo do grau de dano nas vias nervosas, os efeitos variam em força: de uma perda parcial da sensação nos dedos a uma perda completa da capacidade de controlar todo o membro.

Para pessoas com lesões na medula espinhal, a implantação de um receptor de sinal no cérebro é mais adequada. É uma pena que o mapa cerebral de cada pessoa tenha suas próprias características, portanto, antes da implantação, você deve realizar um mapeamento individual da região somatossensorial do córtex, ou seja, várias sessões de ressonância magnética.

O implante tátil cerebral ainda precisa ser desenvolvido. Ele nem consegue se comparar com uma mão viva e, em vez de algumas sensações táteis, o paciente sente uma sensação de formigamento. Os cientistas não foram capazes de fingir tocar em certas partes da mão, por exemplo, nas pontas dos dedos. Talvez seja necessário um posicionamento mais preciso dos eletrodos no córtex somatossensorial. Talvez o número de eletrodos deva ser aumentado.

Um artigo científico que descreve um implante inovador será publicado em 19 de outubro de 2016 na revista Science Translational Medicine (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf8083).

Source: https://habr.com/ru/post/pt398269/