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Gli amputati possono imparare controllare un braccio robot con le loro menti

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Un nuovo studio dai neuroscenziati alle manifestazioni dell'università di Chicago come gli amputati possono imparare controllare un braccio robot tramite gli elettrodi impiantati nel cervello

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Un nuovo studio dai neuroscenziati alle manifestazioni dell'università di Chicago come gli amputati possono imparare controllare un braccio robot tramite gli elettrodi impiantati nel cervello.

La ricerca, pubblicata nelle comunicazioni della natura, cambiamenti che hanno luogo in entrambi i lati del cervello usato per controllare l'arto amputato e rimanere, arto intatto dei dettagli. I risultati mostrano che entrambe le aree possono creare i nuovi collegamenti per imparare come controllare il dispositivo, anche parecchi anni dopo un'amputazione.

«Che è l'aspetto novello a questo studio, vedente che gli amputati cronici e a lungo termine possono imparare controllare un arto robot,» ha detto Nicho Hatsopoulos, PhD, professore di biologia e dell'anatomia organismal a UChicago ed autore senior dello studio. «Ma che cosa era inoltre interessante era la plasticità del cervello sopra l'esposizione a lungo termine e vedere che cosa è accaduto alla connettività della rete mentre hanno imparato controllare il dispositivo.»

Gli esperimenti precedenti hanno indicato come i pazienti umani paralizzati possono muovere gli arti robot attraverso un'interfaccia della macchina del cervello. Il nuovo studio è uno del primo per verificare l'attuabilità di questi dispositivi in amputati pure.

I ricercatori hanno lavorato rispettivamente con tre resi che hanno subito le lesioni ad una giovane età ed hanno dovuto fare amputare un braccio per salvarle quattro, nove e 10 anni fa. I loro arti non sono stati amputati allo scopo dello studio. In due degli animali, i ricercatori hanno impiantato gli stendiment elettrodici nel lato dell'opposto del cervello, o il controlaterale, all'arto amputato. Ciò è il lato che ha usato per controllare l'arto amputato. Nel terzo animale, gli elettrodi sono stati impiantati dallo stesso lato, o ipsilaterale, all'arto amputato. Ciò è il lato che ancora ha controllato l'arto intatto.

Le scimmie poi sono state preparate (con i helpings generosi di succo) per muovere un braccio robot e per afferrare una palla facendo uso soltanto dei loro pensieri. Gli scienziati hanno registrato l'attività dei neuroni in cui gli elettrodi sono stati disposti ed hanno usato un modello statistico per calcolare come i neuroni sono stati collegati l'un l'altro prima degli esperimenti, durante l'addestramento e le scimmie hanno padroneggiato una volta l'attività.

I collegamenti fra i neuroni dal lato controlaterale--il lato che stava controllando il braccio amputato--erano rado prima dell'addestramento, molto probabilmente perché non erano stati usati per quella funzione per tanto tempo. Ma mentre l'addestramento ha progredito, questi collegamenti sono diventato più robusti e densi nelle aree usate per sia il raggiungimento che afferrare.

Dal lato ipsilaterale--il lato che stava controllando il braccio intatto della scimmia--i collegamenti erano densi all'inizio degli esperimenti. Ma i ricercatori hanno visto qualche cosa di interessante mentre prepararsi ha progredito: in primo luogo i collegamenti sono stati potati e le reti si sono assottigliate, prima della ricostruzione in una rete nuova e densa.

«Che significa i collegamenti stavano spargendo fuori mentre l'animale stava provando ad imparare un nuovo compito, perché c'è già una rete che controlla un certo altro comportamento,» ha detto Karthikeyan Balasubramanian, il PhD, un ricercatore postdottorale che ha condotto lo studio. «Ma dopo alcuni giorni ha cominciato ricostruire in una nuova rete che può controllare sia l'arto intatto che il neuroprosthetic.»

Ora i piani del gruppo per continuare il loro lavoro combinandolo con la ricerca da altri gruppi per fornire gli arti neuroprosthetic di risposte sensoriali circa il tocco e la propriocezione, che è il senso di dove l'arto è posizionato nello spazio.

«Che è come possiamo cominciare a creare gli arti neuroprosthetic vero rispondenti, quando la gente può sia muoverla che ottenere le sensazioni naturali attraverso l'interfaccia della macchina del cervello,» Hatsopoulos ha detto.